2022年《金属塑性成形原理》试卷及答案.docx

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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载金属塑性成形原理试卷及答案一、填空题1. 设平面三角形单元内部任意点的位移采纳如下的线性多项式来表示：,就单元内任一点外的应变可表示为；2. 塑性是指：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的才能；3. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移 和 孪生 ；4. 等效应力表达式：5. 一点的代数值最大的 _ 主应力 _ 的指向称为第一主方向, 由 第一主方向顺时针转所得滑移线即为线；添加 .25 ,就总 第 1 页,共 15 页 - - - - - - - - - 6. 平面变形

2、问题中与变形平面垂直方向的应力 z = ；7塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦8对数应变的特点是具有真实性、牢靠性和可加性；9就大多数金属而言,其总的趋势是,随着温度的上升,塑性提高；10钢冷挤压前,需要对坯料表面进行磷化皂化润滑处理；11为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称叫剂；12材料在肯定的条件下,其拉伸变形的延长率超过的现象叫超塑性；13韧性金属材料屈服时,密席斯（ Mises）准就较符合实际的；14硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆；15塑性变形时不产生硬化的材料叫做抱负塑性材料；16应力状态中的压应力,能充分发挥材料的塑性

3、；17平面应变时,其平均正应力等于中间主应力；18钢材中磷使钢的强度、硬度提高,塑性、韧性降低；19材料经过连续两次拉伸变形,第一次的真实应变为 .1 ,其次次的真实应变为的真实应变0.35 ；20塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -21弹性变形机理优秀学习资料欢迎下载原子间距的变化；塑性变形机理位错运动为主；二、以下各小题均有多个答案,挑选最适合的一个填于横线上1塑性变形时,工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响 A

4、工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响；、大于；、等于；、小于；2塑性变形时不产生硬化的材料叫做 A；、抱负塑性材料；、抱负弹性材料；、硬化材料；3 用近似平稳微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为 B；、解析法；、主应力法；、滑移线法；4 韧性金属材料屈服时,A 准就较符合实际的；、密席斯；、屈雷斯加；密席斯与屈雷斯加；5由于屈服原就的限制,物体在塑性变形时,总是要导致最大的A 散逸,这叫最大散逸功原理；、能量；、力；、应变；6 硫元素的存在使得碳钢易于产生 A；、热脆性；、冷脆性；、兰脆性；7 应力状态中的 B 应力,能充分发挥材料的塑性；、拉应力；、压应力；、拉应力与压应力；8 平面

5、应变时,其平均正应力 B 中间主应力 ；、大于；、等于；、小于；9 钢材中磷使钢的强度、硬度提高,塑性、韧性 B ；、提高；、降低；、没有变化；10多晶体经过塑性变形后各晶粒沿变形方向显著伸长的现象称为 A；、纤维组织；、变形织构；、流线；三、判定题1按密席斯屈服准就所得到的最大摩擦系数 =0.5 ；（ ）2塑性变形时,工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响小于工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响；（）（） 第 2 页,共 15 页 3静水压力的增加,对提高材料的塑性没有影响；4在塑料变形时要产生硬化的材料叫抱负刚塑性材料；（）5塑性变形体内各点的最大剪应力的轨迹线叫滑移线；（）6塑性是材料所具有的一种

6、本质属性；（）7塑性就是松软性；）细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载8合金元素使钢的塑性增加,变形拉力下降；（ ）9合金钢中的白点现象是由于夹杂引起的；（ ）10结构超塑性的力学特性为 S k ,对于超塑性金属 m =0.02-0.2； （）11影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构；（ ）12屈雷斯加准就与密席斯准就在平面应变上,两个准就是一样的；（ ）13变形速度对摩擦系数没有影响；

7、（ ）14静水压力的增加,有助于提高材料的塑性；（ ）15碳钢中冷脆性的产生主要是由于硫元素的存在所致；（ ）16假如已知位移重量,就按几何方程求得的应变重量自然满意和谐方程；如是按其它方法求得的应变分量,也自然满意和谐方程,就不必校验其是否满意连续性条件；（ ）17在塑料变形时金属材料塑性好,变形抗力就低,例如：不锈钢（ ）四、名词说明1上 限 法 的 基 本 原 理 是 什 么 ？答：按运动学许可速度场来确定变形载荷的近似解,这一变形载荷它总是大于真实载荷,即高估的近似值,故称上限解；m2在结构超塑性的力学特性Sk中, m值 的 物 理 意 义 是 什 么 ？当 m值越大, 塑性越好；答：

8、mdln为应变速率敏锐性系数,是表示超塑性特点的一个极重要的指标,dln3 何 谓 冷 变 形 、 热 变 形 和 温 变 形 ？答：冷变形：在再结晶温度以下（通常是指室温）的变形；热变形：在再结晶温度以上的变形；温变形：在再结晶温度以下,高于室温的变形；4 何 谓 最 小 阻 力 定 律 ？答 ： 变 形 过 程 中 , 物 体 质 点 将 向 着 阻 力 最 小 的 方 向 移 动 , 即 做 最 少 的 功 , 走 最 短 的 路 ；5 何 谓 超 塑 性 ？答 ： 延长率超过 100%的现象叫做超塑性；五、简答题1请简述有限元法的思想；答：有限元法的基本思想是：细心整理归纳 精选学习资

9、料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载1 把变形体看成是有限数目单元体的集合,单元之间只在指定节点处铰接,再无任何关连,通过这些节 点传递单元之间的相互作用；如此离散的变形体,即为实际变形体的运算模型；2 分片近似,即对每一个单元挑选一个由相关节点量确定的函数来近似描述其场变量（如速度或位移）并依据肯定的原理建立各物理量之间的关系式；3 将各个单元所建立的关系式加以集成,得到一个与有限个节点相关的总体

10、方程；解此总体方程,即可求得有限个节点的未知量（一般为速度或位移）,进而求 得整个问题的近似解,如应力应变、应变速率等；所以有限元法的实质,就是将具有无限个自由度的连续体,简化成只有有限个自由度的单元集合体,并用一个较简洁问题的解去靠近复杂问题的解；2. Levy-Mises 理论的基本假设是什么？答： Levy-Mises 理论是建立在以下四个假设基础上的：1 材料是刚塑性材料,即弹性应变增量为零,塑性应变增量就是总的应变增量；2 材料符合 Mises 屈服准就,即；3 每一加载瞬时,应力主轴与应变增量主轴重合；4 塑性变形时体积不变,即偏张量,即；,所以应变增量张量就是应变增量3在 塑 性

11、 加 工 中 润 滑 的 目 的 是 什 么 ？ 影 响 摩 擦 系 数 的 主 要 因 素 有 哪 些 ？答 ： （ 1） 润 滑 的 目 的 是 : 削减工模具磨损；延长工具使用寿命；提高制品质量；降低金属变形时的能 耗；（ 2） 影 响 摩 擦 系 数 的 主 要 因 素 ：1）金属种类和化学成分；2）工具材料及其表面状态；3）接触面上的单位压力；4）变形温度；5）变形速度；6）润滑剂 4简述在塑性加工中影响金属材料变形抗力的主要因素有哪些？答：（ 1） 材 料 （ 化 学 成 分 、 组 织 结 构 ） ；（ 2） 变 形 程 度 ；（ 3） 变 形 温 度 ；（ 4） 变 形 速 度

12、 ；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载（ 5） 应 力 状 态 ；（ 6） 接 触 界 面 （ 接 触 摩 擦 ）5为什么说在速度间断面上只有切向速度间断,而法向速度必需连续？答：现设变形体被速度间断面SD分成和两个区域；在微段dSD上的速度间断情形如下图所示；dSD依据塑性变形体积不变条件,以及变形体在变形时保持连续形,不发生重叠和开裂可知,垂直于上的速度重量必需相等,即

13、1 u nu2,而切向速度重量可以不等,造成、区的相对滑动；其速度间断值n为Vtu1u2tt6 何 谓 屈 服 准 就 ？ 常 用 屈 服 准 就 有 哪 两 种 ？ 试 比 较 它 们 的 同 异 点 ？答 ： （1）屈服准就：只有当各应力重量之间符合肯定的关系时,质点才进入塑性状态,这种关系就叫屈服准就；（2）常用屈服准就：密席斯屈服准就与屈累斯加屈服准就；（3）同异 点 ： 在 有 两 个 主 应 力 相 等 的 应 力 状 态 下 , 两 者 是 一 致 的 ； 对 于 塑 性 金 属 材 料 ,密 席 斯 准 就 更 接 近 于 实 验 数 据 ； 在 平 面 应 变 状 态 时 ,

14、 两 个 准 就 的 差 别 最 大 为 15.5% 7. 简述塑性成形中对润滑剂的要求；答 ： （1）润滑剂应有良好的耐压性能,在高压作用下,润滑膜仍能吸附在接触表面上,保持良好的润滑状态；（2）润滑剂应有良好耐高温性能,在热加工时,润滑剂应不分解,不变质；（3）润滑剂有冷却模具的作用；（4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用；（5）润滑剂应对人体无毒,不污染环境；（6）润滑剂要求使用、清理便利、来源丰富、价格廉价等；8简述金属塑性加工的主要优点 . 答 ： （1）结构致密,组织改善,性能提高；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,

15、共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载（2）材料利用率高,流线分布合理；（3）精度高,可以实现少无切削的要求；（4）生产效率高；六、运算题1圆板坯拉深为圆筒件如图1 所示；假设板厚为t , 圆板坯为抱负刚塑性材料,材料的真实应力为S,不计接触面上的摩擦 , 且忽视凹模口处的弯曲效应 , 试用主应力法证明图示瞬时的拉深力为：Pd0tSln2R0d0（ a）拉深示意图（b）单元体图1 板料的拉深答：在工件的凸缘部分取一扇形基元体,如下列图；沿负的径向的静力平稳方程为：rrd tr

16、drrdr d t2sinddrt02绽开并略去高阶微量,可得：由 于r是 拉 应 力 ,1drrr1dr3, 得 近 似 塑 性 条 件 为 ：r是 压 应 力 , 故r,3联解得：rlnrC 第 6 页,共 15 页 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载式中的为 的积分中值 , =S；当 R R 0 时,r 0,得 C ln R 0；最终得拉深力为P d 0 t S ln 2 R 0d 02如图

17、2 所示,设有一半无限体,侧面作用有均布压应力,试用主应力法求单位流淌压力 p；图 2 解：取半无限体的半剖面,对图中基元板块（设其长为 l ）列平稳方程：（ 1 ）其中,设,为摩擦因子,为材料屈服时的最大切应力值,、均取肯定值；由 1 式得：（ 2 ）采纳肯定值表达的简化屈服方程如下：（ 3 ）从而（ 4 ）将 （ 2 ）（ 3 ）（ 4 ）式联立求解,得：细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优

18、秀学习资料 欢迎下载（ 5 ）在边界上,由（ 3 ）式,知,代入（ 5 ）式得：最终得：（ 6 ）从而,单位流淌压力：（ 7 ）3图 3 所示的圆柱体镦粗,其半径为r e,高度为 h,圆柱体受轴向压应力Z,而镦粗变形接触表面上的摩擦力 . （为流淌应力） ,ze为锻件外端（ r=re）处的垂直应力；（1）证明接触表面上的正应力为：z2r erzeh（2）并画出接触表面上的正应力分布；（3）求接触表面上的单位流淌压力,（4）假如 r e100MM, 150MM,=500MPa,求开头变形时的总变形抗力为多少吨？解：（1）证明该问题为平行砧板间的轴对称镦粗；设、S ,对基元板块列平稳方程得：hd0

19、 第 8 页,共 15 页 rhrd2hdrsind2rddrrdrrdr2由于sindd,并略去二次无穷小项,就上式化简成：22细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -hdr2优秀学习资料r欢迎下载rhdr0rdrhdr假定为匀称镦粗变形,故：drd;r图 3 最终得：dr2drh该式与精确平稳方程经简化后所得的近似平稳方程完全相同；按密席斯屈服准就所写的近似塑性条件为：zrS ;dzdr联解后得：细心整理归纳 精选学习资料

20、 dz2dr 第 9 页,共 15 页 h - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -当rer时,Cr eze优秀学习资料欢迎下载Cz2 hr2 hr e最终得：z2rzeh（3）接触表面上的单位流淌压力为：pP1r ezdF1r e2rerze2rdr2r ezeF2 r e0r2 e0h3h=544MP （4）总变形抗力 : Pr2p=1708T e4图 4 所示的一平冲头在外力作用下压入两边为斜面的刚塑性体中,接触表面上的摩擦力忽视不计,其接触面上的

21、单位压力为 q,自由表面 AH、BE与 X轴的夹角为,求：（1）证明接触面上的单位应力 q=K（2+ +2）；（2）假定冲头的宽度为 2b,求单位厚度的变形抗力 P；图 4 解：（1）证明1）在 AH边界上有：细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -AH优秀学习资料欢迎下载4故1y0y3xy02Kx,132K31 211屈服准就：m H2得：32K,mH2）在 AO边界上：AO3,xy0 ,yq q

22、 取正值4依据变形情形：按屈服准就：xxyyq2Kqy2K2Kxymo1Kx2沿族的一条滑移（OA1A2A3A4）为常数mHK2KH402K0mq2K3K2K4qK22（2）单位厚度的变形抗力：细心整理归纳 精选学习资料 P2 bq2 bK22 第 11 页,共 15 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载5图 5 所示的一尖角为 2 的冲头在外力作用下插入具有相同角度的缺口的刚塑性体中,接触表面上的摩擦力忽视不计,其接触面上

23、的单位压力为 p,自由表面 ABC与 X 轴的夹角为,求：（1）证明接触面上的单位应力 p=2K（1+ + ）；（2）假定冲头的宽度为 2b,求变形抗力 P；图 5 答：（1）证明1）在 AC边界上：C401xy32K13K1 2mC2）在 AO边界上：O41,xy3,03pp 取正值 第 12 页,共 15 页 3）依据变形情形：132K2 K3Kp4）按屈服准就：p11 2mo1细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -5）

24、沿族的一条滑移（OFEB）优秀学习资料欢迎下载2Kc为常数mo2K0mc2就：pK1（2）设 AO的长度为 L,Lb sin就变形抗力为：P2Lpsin2bsin2K 14bK 1sin6模壁光滑平面正挤压的刚性块变形模型如图6 所示,试运算其单位挤压力的上限解 P ,设材料的最大切应力为常数K；图 6解：第一,可依据动可容条件建立变形区的速端图,如图 7 所示：图 7 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页,共 15 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - -

25、 - - -优秀学习资料 欢迎下载设冲头的下移速度为；由图 7 可求得各速度间断值如下：; ; 由于冲头表面及模壁表面光滑,故变形体的上限功率仅为各速度间隔面上消耗的剪切功率,如下式所示：又冲头的功率可表示为：故得：7一抱负刚塑性体在平砧头间镦粗到某一瞬时,条料的截面尺寸为2a 2a ,长度为 L ,较 2a 足够大,可以认为是平面变形；变形区由 A 、 B 、 C 、 D 四个刚性小块组成（如图 8 所示）,此瞬时平砧头速度为 i =1 （下砧板认为静止不动）；试画出速端图并用上限法求此条料的单位变形力 p ；图 8 解：依据滑移线理论,可认为变形区由对角线分成的四个刚性三角形组成；刚性块

26、B 、 D 为死区,随压头以速度 u 相向运动；刚性块 A 、 C 相对于 B 、 D 有相对运动（速度间断）,其数值、方向可由速端图（如图 9 所示）完全确定；细心整理归纳 精选学习资料 第 14 页,共 15 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -优秀学习资料 欢迎下载图 9 u * oA = u * oB = u * oC = u * oD =u/sin = 依据能量守恒：又2P 1 K （ u * oA u * oB u * oC u *

27、oD ）a 所以单位流淌压力：P = 2K 201-10 已知一点的应力状态ij51510MPa,试求该应力空间中2x2 22y22z1的斜0010截面上的正应力n和切应力n为多少？CA2解：如平面方程为Ax+By+Cz+D=0, 就方向余弦为：lA2A2C2,mA2B2C2,nBBB2C2因此：l2 112221,m2 1-222；n2 12-23-2 223-2 3 第 15 页,共 15 页 Sxx lxy mxz n=2001502100333Syxy ly mzy n = 5011502350333Szxz lyz m z n=100220033细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -