《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(zhǎng)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(lái)變形的金屬中會(huì)重新形成新的無(wú)畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織 的過(guò)程。 3. 金屬熱塑性變形機(jī)理主要有： 晶內(nèi)滑移 、 晶內(nèi)孿生 、 晶界滑移 和 擴(kuò)散蠕變 等。 4. 請(qǐng)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(duì)應(yīng)變張量 ，請(qǐng)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(guó)工程師屈雷斯加（ H.Tresca ）根據(jù)庫(kù)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(yàn)，提出材料的

2、屈服與最大切應(yīng)力有關(guān)，如果采用數(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(guò)程中影響摩擦系數(shù)的因素有很多，歸結(jié)起來(lái)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(shí)，在塑性流動(dòng)平面上滑移線上任一點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的最大切應(yīng)力方向。對(duì)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(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)不同其實(shí)質(zhì)只是 平均應(yīng)力 不同，而各點(diǎn)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(chǎng)和動(dòng)可容速度場(chǎng)中，必然有一個(gè)應(yīng)力場(chǎng)和與之對(duì)應(yīng)的速度場(chǎng)，它們滿足全部的靜可容和動(dòng)可容條件，此唯

3、一的應(yīng)力場(chǎng)和速度場(chǎng)，稱之為 真實(shí) 應(yīng)力場(chǎng)和 真實(shí) 速度場(chǎng)，由此導(dǎo)出的載荷，即為 真實(shí) 載荷，它是唯一的。 10. 設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點(diǎn)的位移采用如下的線性多項(xiàng)式來(lái)表示： ，則單元內(nèi)任一點(diǎn)外的應(yīng)變可表示為 。11、金屬塑性成形有如下特點(diǎn)： 、 、 、 。 12、按照成形的特點(diǎn)，一般將塑性成形分為 和 兩大類，按照成形時(shí)工件的溫度還可以分為 、 和 三類。 13、金屬的超塑性分為 和 兩大類。 14、晶內(nèi)變形的主要方式和單晶體一樣分為 和 。 其中 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(lái)變形的金屬中會(huì)重新形成新的無(wú)畸變的等軸晶，直至完全

4、取代金屬的冷變形組織，這個(gè)過(guò)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(shí)，通常采用的基本假設(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(diǎn)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(diǎn)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(shí)針轉(zhuǎn) 所得

5、滑移線即為 線。 24. 平面變形問(wèn)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(duì)數(shù)應(yīng)變的特點(diǎn)是具有真實(shí)性、可靠性和可加。27就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢(shì)是，隨著溫度的升高，塑性提高。28鋼冷擠壓前，需要對(duì)坯料表面進(jìn)行磷化皂化潤(rùn)滑處理。29為了提高潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑、耐磨、防腐等性能常在潤(rùn)滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱叫添加劑。30材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過(guò) 的現(xiàn)象叫超塑性。31韌性金屬材料屈服時(shí)，密席斯（Mises）準(zhǔn)則較符合實(shí)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(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做理想塑性材

6、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(shí)，其平均正應(yīng)力s等于中間主應(yīng)力s。36鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 降低 。 37材料經(jīng)過(guò)連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑.1，第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑.25，則總的真實(shí)應(yīng)變e0.35。38塑性指標(biāo)的常用測(cè)量方法 拉伸試驗(yàn)法與壓縮試驗(yàn)法 。39彈性變形機(jī)理 原子間距的變化；塑性變形機(jī)理 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)為主。二、下列各小題均有多個(gè)答案，選擇最適合的一個(gè)填于橫線上1塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響A工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。、大于；、等于；、小于；2塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做A。、理想塑性材料；、理想彈

7、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(wèn)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(shí)，A準(zhǔn)則較符合實(shí)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(shí)，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(shí)，其平均正應(yīng)力sB中間主應(yīng)力s。、大于；、等于； 、小于；9 鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 B 。、提高；

8、 、降低； 、沒(méi)有變化； 10多晶體經(jīng)過(guò)塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為A。、纖維組織；、變形織構(gòu)；、流線；三、判斷題1按密席斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大摩擦系數(shù)=0.5。 （ × ）2塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。 （×）3靜水壓力的增加，對(duì)提高材料的塑性沒(méi)有影響。 （×）4在塑料變形時(shí)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(diǎn)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、 （ × ）9合金鋼中的白點(diǎn)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，對(duì)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)則在平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。 （ × ）13變形速度對(duì)摩擦系數(shù)沒(méi)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)

10、調(diào)方程，則不必校驗(yàn)其是否滿足連續(xù)性條件。 （ × ）17在塑料變形時(shí)金屬材料塑性好，變形抗力就低，例如：不銹鋼 （ × ）四、簡(jiǎn)答題1. 純剪切應(yīng)力狀態(tài)有何特點(diǎn)？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、簡(jiǎn)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(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點(diǎn)？答：在塑性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點(diǎn)： (1) 應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是非線性的，因此，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合。 (2) 塑性變形時(shí)，可以認(rèn)為體積

11、不變，即應(yīng)變球張量為零，泊松比 。(3) 對(duì)于應(yīng)變硬化材料，卸載后再重新加載時(shí)的屈服應(yīng)力就是報(bào)載時(shí)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(jiǎn)述提高金屬塑性的主要途徑。 答：可通過(guò)以下幾個(gè)途徑來(lái)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) 選擇三向受壓較強(qiáng)的變形方式； (4) 減少變形的不均勻性。 2請(qǐng)簡(jiǎn)述應(yīng)變速率對(duì)金屬塑性的影響機(jī)理。 答：應(yīng)變速度通過(guò)以下幾種方式對(duì)塑性發(fā)生影響： (1) 增加應(yīng)變速率會(huì)使金屬的真實(shí)應(yīng)力升高，這是由于塑性變形的過(guò)程比較復(fù)雜，需要有一

12、定的時(shí)間來(lái)進(jìn)行。 (2) 增加應(yīng)變速率，由于沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行回復(fù)或再結(jié)晶，因而軟化過(guò)程不充分而使金屬的塑性降低。 (3) 增加應(yīng)變速率，會(huì)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(qǐng)簡(jiǎn)述彈性變形時(shí)應(yīng)力 - 應(yīng)變關(guān)系的特點(diǎn)。 答：彈性變形時(shí)應(yīng)力 - 應(yīng)變關(guān)系有如下特點(diǎn)： (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(guò)程）無(wú)關(guān)，即某瞬時(shí)的物體形狀、尺寸只與該瞬時(shí)的外載有關(guān)，而與瞬時(shí)之

13、前各瞬間的載荷情況無(wú)關(guān)。 (3) 彈性變形時(shí)，應(yīng)力球張量使物體產(chǎn)生體積的變化，泊松比 。 三、計(jì)算題 1對(duì)于直角坐標(biāo)系 Oxyz 內(nèi)，已知受力物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量為 ，應(yīng)力單位為 Mpa ， (1) 畫出該點(diǎn)的應(yīng)力單元體； (2) 求出該點(diǎn)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(diǎn)的應(yīng)力單元體如下圖所示 (2) 應(yīng)力張量不變量如下 故得應(yīng)力狀態(tài)方程為 解之得該應(yīng)力狀態(tài)的三個(gè)主應(yīng)力為 （ Mpa ）設(shè)主方向?yàn)?，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

14、 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(diǎn)的應(yīng)力張量為 Mpa ，求：(1) 計(jì)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(gè)主應(yīng)力：對(duì)應(yīng)地，可得最大剪應(yīng)力 。3若變形體屈服時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)為：10-300015023´÷÷÷øöçççèæ×××=ijsMPa試分別按Mises和Tresca塑性條件計(jì)算該材料的屈服應(yīng)力及值，并分析差異大小。解： ， Tresca準(zhǔn)則：MPa而1Mises準(zhǔn)則：MPa而1.07或者：，4某理想塑性材料，其屈服應(yīng)力為100 (單位：10MPa) ，某點(diǎn)