金屬塑性變形理論應力狀態(tài)基本概念

1、2022-3-151金屬塑性變形理論Theory of metal plastic deformation 第二講第二講Lesson Two張貴杰張貴杰Zhang GuijieTel-Mail： 河北理工大學金屬材料與加工工程系Department of Metal Material and Process EngineeringHebei Polytechnic University, Tangshan 0630092022-3-152金屬塑性變形理論金屬塑性變形理論金屬學部分總結金屬學部分總結o塑性變形物理本質(zhì)塑性變形物理本質(zhì)（滑移、孿生、多晶體變形）（滑移、孿

2、生、多晶體變形）o冷熱加工組織變化冷熱加工組織變化（冷熱變形組織的區(qū)別，再結晶）（冷熱變形組織的區(qū)別，再結晶）o鋼材組織性能控制鋼材組織性能控制（強韌、沖壓性能）（強韌、沖壓性能）o塑性變形不均勻性塑性變形不均勻性（附加應力及產(chǎn)生原因分析）（附加應力及產(chǎn)生原因分析）o金屬塑性加工中的斷裂金屬塑性加工中的斷裂（斷裂現(xiàn)象分析）（斷裂現(xiàn)象分析）o金屬的塑性金屬的塑性（影響因素分析）（影響因素分析）o金屬的變形抗力金屬的變形抗力（影響因素分析）（影響因素分析）o塑性加工中的摩擦與潤滑塑性加工中的摩擦與潤滑（摩擦力計算、摩擦系數(shù)）（摩擦力計算、摩擦系數(shù)）2022-3-153金屬塑性變形理論金屬塑性變形理

3、論力學部分主要內(nèi)容力學部分主要內(nèi)容o應力狀態(tài)分析應力狀態(tài)分析o應變狀態(tài)分析應變狀態(tài)分析o變形力學方程變形力學方程o滑移線場理論滑移線場理論o工程法工程法o上界定理上界定理塑性加工力學塑性加工力學基礎部分基礎部分塑性加工力學問題塑性加工力學問題求解方法部分求解方法部分2022-3-154第十章 應力狀態(tài)分析主要內(nèi)容Main Contento應力狀態(tài)基本概念應力狀態(tài)基本概念 o斜面上任一點應力狀態(tài)分析斜面上任一點應力狀態(tài)分析 o求和約定和應力張量求和約定和應力張量 o主應力及主切應力主應力及主切應力 o球應力及偏差應力球應力及偏差應力 2022-3-15510.1 應力狀態(tài)基本概念應力狀態(tài)基本概念

4、o金屬塑性加工是金屬與合金在外力作用下產(chǎn)金屬塑性加工是金屬與合金在外力作用下產(chǎn)生塑性變形的過程，所以必須了解塑性加工生塑性變形的過程，所以必須了解塑性加工中工件所受的外力及其在工件內(nèi)的應力和應中工件所受的外力及其在工件內(nèi)的應力和應變。本章講述變形工件內(nèi)應力狀態(tài)的分析及變。本章講述變形工件內(nèi)應力狀態(tài)的分析及其表示方法。這是塑性加工的力學基礎。其表示方法。這是塑性加工的力學基礎。 2022-3-156o型鋼軋制型鋼軋制2022-3-157o軋輥的斷裂軋輥的斷裂2022-3-158錘鍛過程錘鍛過程2022-3-159o飛機蒙皮的成形飛機蒙皮的成形破裂破裂起皺起皺能否一次成形，用什么樣的模具能否一次成

5、形，用什么樣的模具? ?變形量是否滿足要求（厚度減薄量等）變形量是否滿足要求（厚度減薄量等）? ?FF2022-3-1510基本假設o變形體是連續(xù)的，不存在微觀結構，是宏觀變形體是連續(xù)的，不存在微觀結構，是宏觀的，材料是均勻的，各向同性。的，材料是均勻的，各向同性。 o變形體性能及變形行為在存在隨機現(xiàn)象，性變形體性能及變形行為在存在隨機現(xiàn)象，性能是確定的能是確定的2022-3-1511外力外力體積力體積力表面力表面力重力重力慣性力慣性力電磁力電磁力特點：分布在物體體積的外力，它作特點：分布在物體體積的外力，它作用在物體內(nèi)部的每一個質(zhì)點上用在物體內(nèi)部的每一個質(zhì)點上特點：分布在物特點：分布在物體表

6、面的外力體表面的外力作用力（主動力）作用力（主動力）正壓力正壓力約束反力約束反力摩擦力摩擦力2022-3-1512o塑性加工時，由于體積力與加工中的作用力塑性加工時，由于體積力與加工中的作用力比較起來很小，在實際工程計算中一般可以比較起來很小，在實際工程計算中一般可以忽略。但在高速加工時，金屬塑性流動的慣忽略。但在高速加工時，金屬塑性流動的慣性力應該考慮。性力應該考慮。o一般塑性加工只分析作用力、正壓力、摩擦一般塑性加工只分析作用力、正壓力、摩擦力的作用狀態(tài)。力的作用狀態(tài)。2022-3-15132022-3-1514o作用力作用力 塑性加工設備的可動工具部分對工件塑性加工設備的可動工具部分對工

7、件所作用的力。又稱主動力。所作用的力。又稱主動力。 可以實測或理論計可以實測或理論計算，用于驗算設備強度和設備功率。算，用于驗算設備強度和設備功率。o正壓力正壓力 沿工具和工件接觸面法向阻礙工件整沿工具和工件接觸面法向阻礙工件整體移動或金屬流動的力，其方向垂直于接觸面，體移動或金屬流動的力，其方向垂直于接觸面，并指向工件。并指向工件。o摩擦力摩擦力 沿工具和工件接觸面切向阻礙金屬流沿工具和工件接觸面切向阻礙金屬流動的力，其方向平行于接觸面，并與金屬質(zhì)點動的力，其方向平行于接觸面，并與金屬質(zhì)點流動方向或流動趨勢相反。流動方向或流動趨勢相反。2022-3-1515內(nèi)力和應力o內(nèi)力內(nèi)力o在外力作用下

8、的物體，內(nèi)部將產(chǎn)生抵抗變形在外力作用下的物體，內(nèi)部將產(chǎn)生抵抗變形的力稱為內(nèi)力。的力稱為內(nèi)力。o內(nèi)力可以用截面法把它表示出來內(nèi)力可以用截面法把它表示出來。2022-3-1516PPPBAdFPdFPSFlim0o應力應力S稱為作用在面素稱為作用在面素 上的上的全應力全應力 F2022-3-1517全應力的分解方式全應力的分解方式o一種沿法向、切向分解一種沿法向、切向分解 o一種可以沿坐標軸分解為一種可以沿坐標軸分解為Sx、Sy、Sz 正應力：正應力： 切應力：切應力： FNFlim0FTFlim02022-3-1518 一點的應力向量不僅取決于該一點的應力向量不僅取決于該點的位置，還取決于截面的

9、方位。點的位置，還取決于截面的方位。 2022-3-1519o如果截面的法向與如果截面的法向與某坐標軸重合，則某坐標軸重合，則該截面上的切應力該截面上的切應力還可以沿其余兩坐還可以沿其余兩坐標軸分解。標軸分解。 2022-3-1520o對于包含某對于包含某點的微六面點的微六面體體素上，體體素上，每一面素上每一面素上作用有三個作用有三個應力分量，應力分量，其中一個正其中一個正應力，兩個應力，兩個切應力。切應力。 2022-3-1521o應力分量的符號規(guī)定應力分量的符號規(guī)定 面素符號面素符號應力方向應力方向應力符號應力符號+-+-+2022-3-1522應力符號練習2022-3-1523應力莫爾(Mohr)圓321 2 1yzx 3321231max max