第1章金属塑性成形的力学基础精选文档.ppt
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1、第1章金属塑性成形的力学基础本讲稿第一页,共四十三页绪 论研究内容几个基本概念弹性、塑性变形的力学特征本讲稿第二页,共四十三页研究内容 塑性力学是研究物体变形规律的一门学科,是固体力学的一个分支。研究变形体受外界作用(外载荷、边界强制位移、温度场等)时在变形体内的反应(应力场、应变场、应变速度场等)。与其它工程力学(理论力学、材料力学、结构力学)的区别:研究方法、对象、结果的差异。弹塑性力学的研究对象是整体(而不是分离体)变形体内部的应力、应变分布规律(而不是危险端面)。本讲稿第三页,共四十三页l弹性(elasticity):卸载后变形可以恢复特性,可逆性l塑性(plasticity):物体产
2、生永久变形的能力,不可逆性l屈服(yielding):开始产生塑性变形的临界状态l断裂(fracture):宏观裂纹产生、扩展到变形体破断的过程 几个基本概念本讲稿第四页,共四十三页l可逆性:弹性变形可逆;塑性变形不可逆l-关系:弹性变形线性;塑性变形非线性l与加载路径的关系:弹性无关;塑性有关l对组织和性能的影响:弹性变形无影响;塑性变形影响大(加工硬化、晶粒细化、位错密度增加、形成织构等)l变形机理:弹性变形原子间距的变化;塑性变形位错运动为主l弹塑性共存:整体变形中包含弹性变形和塑性变形;塑性变 形的发生必先经历弹性变形;在材料加工过程中,工件的塑性变形与工模具的弹性变形共存。弹性、塑性
3、变形的力学特征本讲稿第五页,共四十三页第1章 应力分析与应变分析1.1 应力与点的应力状态1.2 点的应力状态分析1.3 应力张量的分解与几何表示1.4 应力平衡微分方程1.5 应变与位移关系方程1.6 点的应变状态1.7 应变增量1.8 应变速度张量1.9 主应变图与变形程度表示本讲稿第六页,共四十三页1.1 应力与点的应力状态外力(load)与内力(internal force)外力P:施加在变形体 上的外部载荷。内力Q:变形体抗衡外 力机械作用的体现。本讲稿第七页,共四十三页应力(stress)l应力S 是内力的集度 l内力和应力均为矢量 l应力的单位:1Pa=1N/m2=1.0197k
4、gf/mm2 1MPa=106 N/m2l应力是某点A的坐标的函数,即受力体内不同点的应力不同。l应力是某点A在坐标系中的方向余弦的函数,即同一点不同方位的截面上的应力是不同的。本讲稿第八页,共四十三页应力可以进行分解 Sn n、n(nnormal,法向)某截面(外法线方向为n)上的应力:或者 (求和约定的缩写形式)全应力全应力(stress)正应力正应力(normal sress)剪应力剪应力(shear stress)本讲稿第九页,共四十三页l一点的应力状态:是指通过变形体内某点的单元体所有 截面上的应力的有无、大小、方向等情况。l一点的应力状态的描述:数值表达:x=50MPa,xz=35
5、MPa 图示表达:在单元体的三个正交面上标出(如图 1-2)张量表达:(i,j=x,y,z)(对称张量,9个分量,6个独立分量。)一点的应力状态及应力张量本讲稿第十页,共四十三页u 应力分量图示图图1-2 平行于坐标面上应力示意图平行于坐标面上应力示意图 本讲稿第十一页,共四十三页 应力的分量表示及正负符号的规定 ij xx、xz (便于计算机应用)i应力作用面的外法线方向(与应力作用面的外 法线方向平行的坐标轴)j应力分量本身作用的方向 当 i=j 时为正应力 i、j同号为正(拉应力),异号为负(压应力)当 ij 时为剪应力 i、j同号为正,异号为负 本讲稿第十二页,共四十三页应力的坐标变换
6、(例题讲解)*实际应用:晶体取向、织构分析等应力莫尔圆*:二维应力莫尔圆与三维应力莫尔圆 掌握如何画、如何分析(工程力学已学,看书)本讲稿第十三页,共四十三页1.2 点的应力状态分析1.2.1 1.2.1 主应力及应力张量不变量1.2.2 1.2.2 主剪应力和最大剪应力1.2.3 1.2.3 八面体应力与等效应力本讲稿第十四页,共四十三页1.2.1 主应力及应力张量不变量 设想并证明主应力平面(其上只有正应力,剪应力均为零)的存在,可得应力特征方程:本讲稿第十五页,共四十三页u 应力不变量式中式中本讲稿第十六页,共四十三页 讨论讨论:1.可以证明,在应力空间,主应力平面是存在的;2.三个主平
7、面是相互正交的;3.三个主应力均为实根,不可能为虚根;4.应力特征方程的解是唯一的;5.对于给定的应力状态,应力不变量也具有唯一性;6.应力第一不变量I1反映变形体体积变形的剧烈程 度,与塑性变形无关;I3也与塑性变形无关;I2与塑性 变形无关。7.应力不变量不随坐标而改变,是点的确定性的判据。本讲稿第十七页,共四十三页主应力的求解(略,见彭大暑金属塑性加工力学教材)主应力的图示 本讲稿第十八页,共四十三页1.2.2 主剪应力和最大剪应力l主剪应力(principal shear stress):极值剪应力(不为零)平面上作用的剪应力。主应力空间的110面族。l最大剪应力(maximun sh
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