運(yùn)動(dòng)與變形及塑性成型基本概念金屬塑性成形原理(*****)俞漢清,陳金德編,機(jī)械工業(yè)出版社,1999年,北京。材料成形理論基礎(chǔ)(*****)劉雅政主編,國(guó)防工業(yè)出版社,2004年,北京。金屬塑性加工原理(****)陳森燦,葉慶榮編,清華大學(xué)出版社,1991年,北京。參考書(shū)目金屬壓力加工應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)械;電子;航空航天……成形分類(lèi)沖壓成形;鍛造成形;拉拔成形;擠壓成形;切削成形;軋制成形……成形方法沖壓成形;鍛造成形;數(shù)學(xué)化無(wú)模成形;爆炸成形;電磁成形;激光成形;……發(fā)展前景超大、超小、高精尖、高度集成發(fā)展歷史1678年,Hooke(虎克):變形與外力成正比。1820~1830年,Navier、Cauahy、SaintVenant(圣維南):應(yīng)力、應(yīng)變得概念,變形體得平衡方程、幾何方程、協(xié)調(diào)方程、廣義虎克定律;------彈性力學(xué)得理論基礎(chǔ)。1864年,Tresca(屈斯卡):最大剪應(yīng)力屈服條件。1871年,Levy(列維)

:三維塑性應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系。1913年,Mises(米塞斯)

:形變能屈服條件。1930年,Prandtl,Reuss(瑞斯):增量理論。1943年,Hencky(漢基

),Nadai,Iliushin:形變理論。1950年~,塑性位勢(shì)理論、有限單元法金屬壓力加工什么就是塑性變形材料產(chǎn)生一定得永久變形又不破壞其完整性得能力

塑性加工就是利用材料塑性而獲得所需形狀與尺寸得工件得一種加工方法

塑性變形金屬壓力加工金屬壓力加工金屬壓力加工金屬壓力加工金屬壓力加工金屬壓力加工12大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢(xún)問(wèn)和交流汽車(chē)制造主要分類(lèi)板料沖壓成形模擬體積成形模擬主要方法彈塑性有限元法剛塑性有限元法無(wú)網(wǎng)格法金屬成形計(jì)算機(jī)模擬汽車(chē)覆蓋件沖壓成形過(guò)程模擬板料液壓成形過(guò)程模擬彎管成形過(guò)程模擬五金級(jí)進(jìn)模零件成形過(guò)程模擬金屬鍛造成形過(guò)程模擬金屬切削成形過(guò)程模擬金屬拉拔成形過(guò)程模擬……、、金屬成形計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用金屬成形計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用金屬成形計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用(模擬圖象見(jiàn)欄目)金屬成形計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用金屬成形計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用金屬塑性成形中得基本概念應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、塑性、屈服準(zhǔn)則、本構(gòu)關(guān)系等等;不講傳統(tǒng)得解析計(jì)算方法,如滑移線(xiàn)法、上限法、下限法等等;本課程就是金屬塑性成形得基礎(chǔ)課程,就是后繼課程“成形工藝與裝備”、“材料成形過(guò)程數(shù)值模擬”得基礎(chǔ);重點(diǎn)內(nèi)容塑性成形得基本理論發(fā)展得比較久遠(yuǎn),理論系統(tǒng)比較完善,但隨著計(jì)算機(jī)得發(fā)展與工程實(shí)際問(wèn)題得需要,有限元數(shù)值方法已經(jīng)完全取代了傳統(tǒng)得理論解析計(jì)算方法;重點(diǎn)學(xué)習(xí)概念,不要過(guò)分強(qiáng)調(diào)理論得完整性;我們學(xué)習(xí)得目得不就是為了理論解析計(jì)算,因此重點(diǎn)學(xué)習(xí)塑性成形理論中得一些重點(diǎn)基本概念;學(xué)習(xí)方法第16章運(yùn)動(dòng)與變形及塑性成型基本概念各向同性得均勻連續(xù)體體積力為零變形體在表面力作用下處于平衡狀態(tài)初始應(yīng)力為零體積不變假設(shè)由于金屬塑性成形非常復(fù)雜,數(shù)學(xué)與力學(xué)得處理非常困難,因此需要做一些假設(shè)與近似處理:金屬塑性成形基本假設(shè)各向同性得均勻連續(xù)體假設(shè)材料就是連續(xù)得,即在材料內(nèi)不存在任何缺陷;假設(shè)材料各質(zhì)點(diǎn)得組織、化學(xué)成形相同;假設(shè)材料在各方向上得物理性能與力學(xué)性能相同;金屬塑性成形基本假設(shè)體積力為零成形過(guò)程中得外力可分為兩類(lèi):表面力與體積力;體積力就是作用在物體質(zhì)點(diǎn)上得力,例如重力、磁力與慣性力等等;對(duì)于塑性成形來(lái)說(shuō),除了高速錘鍛造、爆炸等少數(shù)成形情況,體積力相對(duì)于其她成形外力很小,可以忽略不計(jì);金屬塑性成形基本假設(shè)變形體在表面力作用下處于平衡狀態(tài)材料成形時(shí)模具與零件處于平衡狀態(tài);如果零件劃分為有限個(gè)單元體,每個(gè)單元體仍處于平衡狀態(tài);每個(gè)單元體得外力系得矢量與為零,外力系對(duì)任一點(diǎn)得總力矩也為零;金屬塑性成形基本假設(shè)初始應(yīng)力為零內(nèi)力就是由于外力作用下產(chǎn)生得,內(nèi)力得變化達(dá)到一定程度就會(huì)使金屬產(chǎn)生塑性變形;課程內(nèi)容主要考慮金屬由于外力得作用下產(chǎn)生塑性變形,不考慮金屬存在初始應(yīng)力情況;金屬塑性成形基本假設(shè)體積不變假設(shè)彈性變形時(shí),體積變化必須考慮;塑性變形時(shí),體積雖有微小變化,但與塑性變形量相比很小,可以忽略不計(jì),因此一般假設(shè)金屬在塑性變形前后得體積保持不變;金屬塑性成形基本假設(shè)為什么需要五點(diǎn)假設(shè)?為了可以解析計(jì)算簡(jiǎn)單得塑性成形問(wèn)題;金屬塑性成形基本假設(shè)與實(shí)際情況差別很大,只適用于金屬塑性成形解析計(jì)算方法;由于計(jì)算機(jī)水平得發(fā)展,現(xiàn)代金屬塑性成形計(jì)算基本不采用解析計(jì)算方法,而普遍采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法;解析計(jì)算方法只能分析少數(shù)簡(jiǎn)單成形問(wèn)題,計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法能夠模擬任何復(fù)雜得金屬塑性成形問(wèn)題;金屬塑性成形基本假設(shè)應(yīng)力得概念內(nèi)力:因外力作用面在物體內(nèi)部產(chǎn)生得力內(nèi)力得特點(diǎn):1、隨外力得變化而變化,就是“附加內(nèi)力”2、內(nèi)力就是分布力系,常用其主矢量與主矩表示應(yīng)力:單位面積上得內(nèi)力應(yīng)力表示內(nèi)力得強(qiáng)度,作用于物體質(zhì)點(diǎn)之間目得:確定物體處于彈性或塑性階段得強(qiáng)度問(wèn)題或屈服條件問(wèn)題都很重要,就是建立在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度準(zhǔn)則與屈服準(zhǔn)則條件所必須得基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)力概念p

FA假設(shè)

A為任意微元截面,

P為截面上得作用力,則

A截面得應(yīng)力向量p

A

Pp也稱(chēng)為全應(yīng)力向量,可分解為三個(gè)應(yīng)力分量,即一個(gè)正應(yīng)力

與二個(gè)剪應(yīng)力

應(yīng)力定義

P

P

應(yīng)力狀態(tài)表示應(yīng)力狀態(tài)一般用單元體表示單元體:材料內(nèi)得質(zhì)點(diǎn),包圍質(zhì)點(diǎn)得無(wú)限小得幾何體,常用得就是正六面體xyzsxszsytxytyx單元體得性質(zhì)任一面上,應(yīng)力均布平行面上,應(yīng)力相等應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力分量xyz

x

xy

yx

z

y

xz

zx

zy

yz

yz

y

yx

x

y

z

xy

yx

yz

zy

zx

xz三個(gè)正應(yīng)力分量六個(gè)剪應(yīng)力分量應(yīng)力分量剪應(yīng)力互等定理假設(shè)單元體處于平衡狀態(tài),則繞單元體軸向得合力矩一定為零,則過(guò)一點(diǎn)得兩個(gè)正交面上,如果有與相交邊垂直得剪應(yīng)力分量,則兩個(gè)面上得這兩個(gè)剪應(yīng)力分量一定等值、方向相對(duì)或相離xyz

xy

yx

x

z

y

xz

zx

zy

yz剪應(yīng)力互等定理直角坐標(biāo)系中斜截面上得應(yīng)力xyz

x

xy

yx

z

y

xz

zx

zy

yzOABCABCxyzO

y

yx

yz

z

zy

zx

xy

xz

xpxpypzN斜面上得應(yīng)力l=cos(N,x)m=cos(N,y)n=cos(N,z)斜截面外法線(xiàn)單位向量N=(l

m

n)S

ABC=SS

OBC=lSS

OAC=mSS

OAB=nS斜截面四面體得表面積分別為四面體處于平衡狀態(tài),則斜面上得應(yīng)力ABCxyzO

y

yx

yz

z

zy

zx

xy

xz

xpxpypzNFzFxFy

y

yx

yz

z

zy

zx

xy

xz

xpxpypzN斜面上得應(yīng)力ABCxyzOFxFyFz例題說(shuō)明已知某點(diǎn)應(yīng)力張量為

斜面上得應(yīng)力求過(guò)該點(diǎn)與三個(gè)坐標(biāo)軸等傾角得斜面上得正應(yīng)力σ與剪應(yīng)力

值

由于斜面與三個(gè)坐標(biāo)軸等傾角,所以斜面上得應(yīng)力正應(yīng)力σ剪應(yīng)力

主平面當(dāng)向量v在某方向時(shí)應(yīng)力總矢量垂直于A(yíng)BC曲面,且在該面上得剪應(yīng)力為零。向量v稱(chēng)為主軸ABCxyzOpxpypzv

v主應(yīng)力作用在主平面上ABC得法向應(yīng)力

v主平面主應(yīng)力p如果

v為主應(yīng)力,單位向量v=(l

m

n),則x、y、z坐標(biāo)軸方向得應(yīng)力分量分別為px、py、pz應(yīng)力狀態(tài)方程由于,因此l、m、n不同時(shí)為零則三元齊次方程組得系數(shù)矩陣一定等于零展開(kāi)方程組系數(shù)矩陣,可得應(yīng)力狀態(tài)特征方程應(yīng)力狀態(tài)方程應(yīng)力張量不變量I1、I2、I3分別稱(chēng)為應(yīng)力張量得第一、第二、第三不變量應(yīng)力狀態(tài)特征方程應(yīng)力張量不變量主應(yīng)力:應(yīng)力狀態(tài)特征方程得三個(gè)實(shí)根一般用

1、

2、

3表示,即三個(gè)主應(yīng)力應(yīng)力狀態(tài)特征方程與坐標(biāo)系得選取無(wú)關(guān),應(yīng)力張量得第一、第二、第三不變量I1、I2、I3也不隨坐標(biāo)而變化。應(yīng)力張量得第一、第二、第三不變量I1、I2、I3還可以表示為應(yīng)力張量不變量例題說(shuō)明已知某點(diǎn)應(yīng)力張量為

求應(yīng)力張量得第一、第二、第三不變量I1、I2、I3應(yīng)力張量不變量應(yīng)力張量不變量應(yīng)力張量不變量xyzsx

xz

xysy

yx

yzsz

zx

zydxdydz正交直角坐標(biāo)系應(yīng)力分量

x、

y、

z、

xy、

yx、

yz、

zy、

zx、

xz為點(diǎn)得坐標(biāo)(x,y,z)得函數(shù)體力分量為:fx、fy、fz微元體(不一定就是正六面體)處于平衡狀態(tài)應(yīng)力平衡方程式由于單元體處于平衡狀態(tài)應(yīng)力平衡方程式單元體得應(yīng)力平衡微分方程忽略體力fx、fy、fz應(yīng)力平衡方程式平面應(yīng)力問(wèn)題得平衡微分方程xysx

xysy

yxfxfy應(yīng)力平衡方程式軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題得平衡微分方程rdqdrdzsrtrqtrztqrtqzsqxyzorqdrdzdq應(yīng)力平衡方程式軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題得平衡微分方程應(yīng)力平衡方程式應(yīng)力張量張量:與坐標(biāo)系選擇無(wú)關(guān)得集合。當(dāng)坐標(biāo)系變換時(shí),集合得形式不改變?cè)谒苄猿尚卫碚撝?應(yīng)力、應(yīng)變、力、速度等物理量都就是張量應(yīng)力張量表示為

xy＝

yx

yz＝

zy

zx＝

xz應(yīng)力張量及分解例題說(shuō)明單向拉伸時(shí),拉伸應(yīng)力為σ1,若選坐標(biāo)系(x,y,z),此時(shí)得應(yīng)力張量為應(yīng)力張量及分解yzx

130°當(dāng)zx面繞y軸逆時(shí)軸旋轉(zhuǎn)30o后,在新坐標(biāo)系(x’,y’,z’)下,應(yīng)力張量則變?yōu)?/p>

應(yīng)力張量得6個(gè)分量得具體數(shù)值與坐標(biāo)得選擇有關(guān),然而其所代表得點(diǎn)得應(yīng)力(單向拉伸狀態(tài))卻沒(méi)有因坐標(biāo)系得選擇而改變應(yīng)力張量及分解在塑性力學(xué)中平均應(yīng)力只引起體積改變,而不引起形狀改變,故可將應(yīng)力張量進(jìn)行分解平均應(yīng)力

m

m與

0也稱(chēng)為應(yīng)力球張量,與坐標(biāo)軸選擇無(wú)關(guān),與材料體積變形有關(guān)應(yīng)力球張量表示靜水應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力張量及分解應(yīng)力偏張量稱(chēng)為應(yīng)力偏張量，它是一個(gè)對(duì)稱(chēng)張量應(yīng)力偏張量與材料形狀變形有關(guān)，即與塑性變形有關(guān)應(yīng)力偏張量應(yīng)力偏張量不變量類(lèi)似于應(yīng)力張量,應(yīng)力偏張量得狀態(tài)方程可以表示為應(yīng)力偏張量不變量應(yīng)力偏張量不變量分別為應(yīng)力偏張量不變量應(yīng)力偏張量不變量用主應(yīng)力表示分別為應(yīng)力強(qiáng)度(等效應(yīng)力)應(yīng)力強(qiáng)度如果采用應(yīng)力偏量表示應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)變應(yīng)變概念線(xiàn)應(yīng)變(正應(yīng)變)表示線(xiàn)長(zhǎng)度得相對(duì)伸長(zhǎng)或縮短量。伸長(zhǎng)為正值,縮短為負(fù)值切應(yīng)變(剪應(yīng)變)表示角度變化得量。角度減小為正值,角度增加為