2022年《金屬塑性成形原理》習(xí)題答案

1、金屬塑性成形原理習(xí)題答案一、填空題1. 衡量金屬或合金的塑性變形能力的數(shù)量指標(biāo)有伸長率 和 斷面收縮率。2. 所謂金屬的再結(jié)晶是指冷變形金屬加熱到更高的溫度后， 在原來變形的金屬中會重新形成新的無畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織 的過程。3. 金屬熱塑性變形機理主要有：散蠕變 等。晶內(nèi)滑移 、 晶內(nèi)孿生 、 晶界滑移 和 擴4. 請將以下應(yīng)力張量分解為應(yīng)力球張量和應(yīng)力偏張量5. 對應(yīng)變張量，請寫出其八面體線變與八面體切應(yīng)變的表達(dá)式。；。6.1864 年法國工程師屈雷斯加（H.Tresca ）根據(jù)庫倫在土力學(xué)中研究成果，并從他自已所做的金屬擠壓試驗，提出材料的屈服與最大切應(yīng)力有關(guān)，如果

2、采用數(shù)學(xué)的方式，屈雷斯加屈服條件可表述為。7. 金屬塑性成形過程中影響摩擦系數(shù)的因素有很多，歸結(jié)起來主要有 金屬的種類和化學(xué)成分、 工具的表面狀態(tài)、 接觸面上的單位壓力、 變形溫度、變形速度 等幾方面的因素。8. 變形體處于塑性平面應(yīng)變狀態(tài)時，在塑性流動平面上滑移線上任一點的切線方向即為該點的最大切應(yīng)力方向。對于理想剛塑性材料處于平面應(yīng)變狀態(tài)下，塑性區(qū)內(nèi)各點的應(yīng)力狀態(tài)不同其實質(zhì)只是平均應(yīng)力不同，而各點處的 最大切應(yīng)力為材料常數(shù)。9. 在眾多的靜可容應(yīng)力場和動可容速度場中，必然有一個應(yīng)力場和與之對應(yīng)的速度場，它們滿足全部的靜可容和動可容條件，此唯一的應(yīng)力場和速度場，稱之為真實 應(yīng)力場和真實 速度

3、場，由此導(dǎo)出的載荷，即為真實 載荷，它是唯一的。10. 設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點的位移采用如下的線性多項式來表示：，則單元內(nèi)任一點外的應(yīng)變可表示為。11、金屬塑性成形有如下特點：、和、。和兩大類，按12、按照成形的特點，一般將塑性成形分為三類。照成形時工件的溫度還可以分為13、金屬的超塑性分為和和兩大類。 其中14、晶內(nèi)變形的主要方式和單晶體一樣分為變形是主要的，而變形是次要的，一般僅起調(diào)節(jié)作用。15、冷變形金屬加熱到更高的溫度后，在原來變形的金屬中會重新形成新的無畸變的等軸晶， 直至完全取代金屬的冷變形組織， 這個過程稱為金屬的。16、常用的摩擦條件及其數(shù)學(xué)表達(dá)式。17、研究塑性力學(xué)時，通

4、常采用的基本假設(shè)有、 體積力為零、初應(yīng)力為零、。18、在有限元法中，應(yīng)力矩陣 S= 、 單元內(nèi)部各點位移U= 19. 塑性是指：在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力 。20. 金屬單晶體變形的兩種主要方式有：滑移 和 孿生 。21影響金屬塑性的主要因素有：化學(xué)成分、組織、 變形溫度、 變形速。度 、 應(yīng)力狀態(tài)。22. 等效應(yīng)力表達(dá)式：23.一點的代數(shù)值最大的 _ 主應(yīng)力 _ 的指向稱為 第一主方向， 由 第一主方向順時針轉(zhuǎn) 所得滑移線即為 線。24. 平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力 z = 。25塑性成形中的三種摩擦狀態(tài)分別是：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。26對數(shù)應(yīng)

5、變的特點是具有真實性、可靠性和 可加。27就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢是，隨著溫度的升高，塑性 提高。28鋼冷擠壓前，需要對坯料表面進(jìn)行 磷化皂化 潤滑處理。29為了提高潤滑劑的潤滑、耐磨、防腐等性能常在潤滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱叫添加劑。的現(xiàn)象叫超30材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過塑性。31韌性金屬材料屈服時，密席斯（ Mises）準(zhǔn)則較符合實際的。32硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生 熱脆。33塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做 理想塑性材料。34應(yīng)力狀態(tài)中的 壓 應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。35平面應(yīng)變時，其平均正應(yīng)力 等于 中間主應(yīng)力 。36鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性

6、、韌性 降低。37材料經(jīng)過連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實應(yīng)變?yōu)?.1，第二次的真實應(yīng)變?yōu)?.25，則總的真實應(yīng)變0.35。38塑性指標(biāo)的常用測量方法 拉伸試驗法與壓縮試驗法。39彈性變形機理原子間距的變化；塑性變形機理位錯運動為主。二、下列各小題均有多個答案，選擇最適合的一個填于橫線上1塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響A工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。、大于；、等于；、小于；2塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做 A。、理想塑性材料；、理想彈性材料；、硬化材料；3用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問題的方法稱為B。、解析法；、主應(yīng)力法；、滑移線法；4韌性金屬材料屈服時，A 準(zhǔn)

7、則較符合實際的。、密席斯；、屈雷斯加；密席斯與屈雷斯加；5由于屈服原則的限制，物體在塑性變形時，總是要導(dǎo)致最大的 A 散逸，這叫最大散逸功原理。、能量；、力；、應(yīng)變；6硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生 A。、熱脆性；、冷脆性；、蘭脆性；7應(yīng)力狀態(tài)中的 B 應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。、拉應(yīng)力；、壓應(yīng)力；、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；8平面應(yīng)變時，其平均正應(yīng)力 B 中間主應(yīng)力 。、大于；、等于；、小于；9鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 B 。、提高；、降低；、沒有變化；10多晶體經(jīng)過塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長的現(xiàn)象稱為A。、變形織構(gòu)；、流線；、纖維組織；三、判斷題1按密席斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大

8、摩擦系數(shù) =0.5。（ ）2塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。（）3靜水壓力的增加，對提高材料的塑性沒有影響。（）4在塑料變形時要產(chǎn)生硬化的材料叫理想剛塑性材料。（）5塑性變形體內(nèi)各點的最大剪應(yīng)力的軌跡線叫滑移線。（ ）6塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。（ ）7塑性就是柔軟性。（）8合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。（ ）9合金鋼中的白點現(xiàn)象是由于夾雜引起的。（ ）10結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為 S k ，對于超塑性金屬 m =0.02-0.2。 （）11影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。（ ）12屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面

9、應(yīng)變上，兩個準(zhǔn)則是一致的。（ ）13變形速度對摩擦系數(shù)沒有影響。（ ）14靜水壓力的增加， 有助于提高材料的塑性。（ ）15碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。（ ）16如果已知位移分量，則按幾何方程求得的應(yīng)變分量自然滿足協(xié)調(diào)方程；若是按其它方法求得的應(yīng)變分量，也自然滿足協(xié)調(diào)方程，則不必校驗其是否 滿足連續(xù)性條件。（ ）17在塑料變形時金屬材料塑性好， 變形抗力就低，例如：不銹鋼（ ）四、簡答題1. 純剪切應(yīng)力狀態(tài)有何特點？答：純剪切應(yīng)力狀態(tài)下物體只發(fā)生形狀變化而不發(fā)生體積變化。純剪應(yīng)力狀態(tài)下單元體應(yīng)力偏量的主方向與單元體應(yīng)力張量的主方向一 致，平均應(yīng)力。 其第一應(yīng)力不變量也為零。2

10、、簡述最大逸散功原理？并寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。3. 塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點？答：在塑性變形時，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點：(1) 應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是非線性的，定重合。因此，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一(2) 塑性變形時，可以認(rèn)為體積不變，即應(yīng)變球張量為零，泊松比。(3) 對于應(yīng)變硬化材料， 卸載后再重新加載時的屈服應(yīng)力就是報載時的屈服應(yīng)力，比初始屈服應(yīng)力要高。(4) 塑性變形是不可逆的， 與應(yīng)變歷史有關(guān)， 即應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不再保持單值 關(guān)系。1試簡述提高金屬塑性的主要途徑。答：可通過以下幾個途徑來提高金屬塑性：(1) 提高材料的成分和組織的均勻性；(2) 合理選擇變形溫度和變形速度；(3

11、) 選擇三向受壓較強的變形方式；(4) 減少變形的不均勻性。2請簡述應(yīng)變速率對金屬塑性的影響機理。答：應(yīng)變速度通過以下幾種方式對塑性發(fā)生影響：(1) 增加應(yīng)變速率會使金屬的真實應(yīng)力升高，雜，需要有一定的時間來進(jìn)行。這是由于塑性變形的過程比較復(fù)(2) 增加應(yīng)變速率， 由于沒有足夠的時間進(jìn)行回復(fù)或再結(jié)晶，因而軟化過程不 充分而使金屬的塑性降低。(3) 增加應(yīng)變速率， 會使溫度效應(yīng)增大和金屬的溫度升高，這有利于金屬塑性 的提高。綜上所述，應(yīng)變速率的增加，既有使金屬塑性降低的一面，又有使金屬 塑性增加的一面，這兩方面因素綜合作用的結(jié)果，最終決定了金屬塑性的變 化。3請簡述彈性變形時應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系的特

12、點。答：彈性變形時應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系有如下特點：(1) 應(yīng)力與應(yīng)變完全成線性關(guān)系，即應(yīng)力主軸與全量應(yīng)變主軸重合。(2) 彈性變形是可逆的， 與應(yīng)變歷史 （加載過程） 無關(guān)，即某瞬時的物體形狀、尺寸只與該瞬時的外載有關(guān)，而與瞬時之前各瞬間的載荷情況無關(guān)。(3) 彈性變形時，應(yīng)力球張量使物體產(chǎn)生體積的變化，泊松比。三、計算題1對于直角坐標(biāo)系 Oxyz 內(nèi)，已知受力物體內(nèi)一點的應(yīng)力張量為，應(yīng)力單位為 Mpa ，(1) 畫出該點的應(yīng)力單元體；(2) 求出該點的應(yīng)力張量不變量、 主應(yīng)力及主方向、 最大切應(yīng)力、八面體應(yīng)力、應(yīng)力偏張量及應(yīng)力球張量。解：(1) 該點的應(yīng)力單元體如下圖所示(2) 應(yīng)力張量不變量如

13、下故得應(yīng)力狀態(tài)方程為解之得該應(yīng)力狀態(tài)的三個主應(yīng)力為（ Mpa ）設(shè)主方向為，則主應(yīng)力與主方向滿足如下方程即， 解之則得， 解之則得， 解之則得最大剪應(yīng)力為：八面體正應(yīng)力為：Mpa 八面體切應(yīng)力為：應(yīng)力偏張量為：，應(yīng)力球張量為：2已知金屬變形體內(nèi)一點的應(yīng)力張量為 Mpa ，求：(1) 計算方向余弦為l=1/2 ， m=1/2 ， n= 的斜截面上的正應(yīng)力大小。(2) 應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量；(3) 主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力；解：(1) 可首先求出方向余弦為（l,m,n ）的斜截面上的應(yīng)力（）進(jìn)一步可求得斜截面上的正應(yīng)力：(2) 該應(yīng)力張量的靜水應(yīng)力 為其應(yīng)力偏張量應(yīng)力球張量(3) 在主應(yīng)力面上可達(dá)到如

14、下應(yīng)力平衡其中欲使上述方程有解，則即解之則得應(yīng)力張量的三個主應(yīng)力：對應(yīng)地，可得最大剪應(yīng)力。3若變形體屈服時的應(yīng)力狀態(tài)為：23ij015-301000MPa 試分別按Mises 和 Tresca 塑性條件計算該材料的屈服應(yīng)力s及值，并分析差異大小。解：1230,2150，330031222Tresca 準(zhǔn)則：13ss530MPa 而1s32303001 530Mises 準(zhǔn)則：122232ss494 .9MPa 而1s32303001.07 494.9或者：(23)(312)0.698 ，3221.0714某理想塑性材料， 其屈服應(yīng)力為 100 (單位：10MPa) ，某點的應(yīng)力狀態(tài)為：Z 30ij0231510MPa Y03X 將其各應(yīng)力分量畫在如圖所示的應(yīng)力單元圖中，性/塑性）？并判斷該點處于什么狀態(tài) （彈答：x 300MPa y230MPa z150MPa yzzy 30 MPa xy=yx =xz=zx=0 根據(jù)應(yīng)力張量第一、第二、第三不變量公式：1I x + y + z-I x yxy zyz xzxy y yz z zx xx y