金屬塑性變形極限判據(jù)

《金屬塑性變形極限判據(jù)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第!"卷第#期應(yīng)用力學(xué)學(xué)報$%&’!"(%’##))#年*月!"#$%&%’()*$+,(-+..,#%/0%!"+$#!&+,-’#))#!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章編號：!)))./"0（"#))#）)#.)!)/.)0金屬塑性變形極限判據(jù)"王祖唐（清華大學(xué)北京!)))1/）摘要：研究出金屬材料塑性變形極限判據(jù)，它為斷裂力學(xué)和失效分析提供理論依據(jù)。利用這判據(jù)，裂紋尖端的臨界應(yīng)變和相應(yīng)的臨界應(yīng)力可以確定。在板料成形中，拉應(yīng)力下頸

2、縮失穩(wěn)的臨界應(yīng)變值可以定出。節(jié)省大量試驗工作。關(guān)鍵詞：金屬塑性變形極限判據(jù)；斷裂力學(xué)；板料成形極限中圖分類號：230)!，40/*文獻標(biāo)識碼：5?$###"@［（#!?##）6!引言0#（##?#0）6#!A#金屬材料受載后，先經(jīng)彈性變形到屈服，屈服后（#0?#!）］再經(jīng)一定的均勻塑性變形到頸縮失穩(wěn)。這時拉伸試（!）驗中假想斷裂應(yīng)力!!，和真實應(yīng)力!（!!6"!），然后式中#!，##，#0為真實斷開，圖!為典型的拉伸試驗應(yīng)力應(yīng)變曲線。脆性材塑性主應(yīng)變，#@&（-!6料在斷裂前沒有頸縮失穩(wěn)。"），"為工程應(yīng)變。圖!金屬拉伸試驗789

3、:9屈服判據(jù)是彈性變形極限，它是結(jié)構(gòu)設(shè)計在拉伸試驗中，##應(yīng)力應(yīng)變曲線中許用應(yīng)力的基礎(chǔ)。至于金屬材料的塑性變形極限#!@#0@?，頸縮出現(xiàn)判據(jù)，至今還是材料工程科學(xué)家的研究課題。##三維應(yīng)變狀態(tài)在拉應(yīng)下的頸縮失穩(wěn)大量顯微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果表明，金屬屈服后經(jīng)過一定量的塑性變形后，在晶粒和亞晶粒邊界以及變形帶和顆粒物的邊界會萌生微裂。隨變形量增大，微裂擴大成空洞而聚合，如圖#（;），（<），（=）所示，然后頸縮失穩(wěn)而斷裂如圖#（>）［!］。圖#金屬萌生微裂、擴大、聚合而斷裂時，拉力#@!$為極大值，即等效應(yīng)變是一點應(yīng)變量的綜合效應(yīng)，所以頸縮

4、>#@!>$6$>!@)失穩(wěn)發(fā)生在當(dāng)?shù)刃苄詰?yīng)變達到一定值時。［#］>!>$>#等效塑性真實應(yīng)變?yōu)樗訞?@@>"（#）!$#"來稿日期：#))!.)/.!1修回日期：#))!.)".!#第一作者簡介：王祖唐，男，!"!*年生，清華大學(xué)機械工程系教授；研究方向：金屬塑性成形理論B第"期王祖唐：金屬塑性變形極限判據(jù)#&)設(shè)金屬為指數(shù)硬化材料，有"!!!"式中#為材料常數(shù)，"為硬化指數(shù)，將上式!值代入（"）式，得頸縮失穩(wěn)時臨界塑性應(yīng)變值為!#$!"!!#$!!大（$）對于三維應(yīng)變狀態(tài)，在均勻塑性變形階段，設(shè)金屬體積不變，得!#%!"%

5、!$!&（’）設(shè)!"(!#!$，將!"和!$代入（#）式，得等效塑性應(yīng)變值為"!#!（#%$%"$"#("$）!#當(dāng)!#達到臨界值!#$!"，等效塑性應(yīng)變!#達到臨界值!，圖$頸縮失穩(wěn)的大主應(yīng)變#$""#("!#$!（#%$%$）""$設(shè)!大和!小為大拉主應(yīng)變和小拉主應(yīng)變，因等效塑性應(yīng)變?yōu)橐稽c應(yīng)變量的最大值，所以!#$!!大，即""#("!大!（#%$%$）"（)）"$變化值，可得圖$所示曲線$理論計算結(jié)果和眾多已發(fā)表的試驗結(jié)果符合良好。圖’為兩個例子。$斷裂力學(xué)方面應(yīng)用斷裂力學(xué)的中心任務(wù)在于計算分析金屬材料內(nèi)部裂紋尖端附近的應(yīng)力

6、和應(yīng)變狀態(tài)。裂紋尖端存在應(yīng)力集中，首先產(chǎn)生塑性變形，然后逐漸擴展。圖)為平板中圓孔在單向受拉時的情況。孔壁%處應(yīng)力!&!%，有應(yīng)力集中系數(shù)!!!$［$］，當(dāng)外應(yīng)力!!$時，!%!!&，!&為屈服極限。%點處金屬屈服。如外應(yīng)力繼續(xù)增加，%處塑性應(yīng)變增加達到臨界值!大，裂紋尖端頸縮失穩(wěn)，相應(yīng)的臨界應(yīng)力為"!’!!!大由此可知，要提高材料韌性，可減少!或增大!和!("(。平面應(yīng)力狀態(tài)時$!#，材料的韌性為平面應(yīng)變圖’試驗驗證舉例狀態(tài)時的"倍。$!&+/#應(yīng)用力學(xué)學(xué)報第+I卷圖#（%）為半球拉伸成形，根據(jù)試驗結(jié)果，最大應(yīng)變!板料成形工藝設(shè)

7、計中的應(yīng)用值可由下式計算［"］，*!)&.,**-+/0/,#1，"/,*"板料成形工藝設(shè)計中，成形工步在壓應(yīng)力狀態(tài)+/下，可能起皺，一般采用壓板料厚度&，在沖頭半徑$下彎曲成形時，最大應(yīng)變板或阻尼筋消除。當(dāng)成形值可由下式計算工步在拉應(yīng)力狀態(tài)下，應(yīng)++!)&’(#（*$2&）)+（*$2&）)+變值超過一定值時出現(xiàn)頸在板料整個成形過程，危險點的積累應(yīng)變值要縮失穩(wěn)。板料在拉應(yīng)力下控制在板料成形極限!大以內(nèi)，即成形的主要工步有法藍拉深，半球沖頭拉伸和彎曲$!)%!大三種。法藍邊拉深時，筒壁"結(jié)論內(nèi)拉應(yīng)力可由下式算出如圖"有圓孔的板料受

8、單向拉力［!］圖#（$）研究出韌性金屬材料的塑性變形極限的最大塑性主應(yīng)變?yōu)?*+-*!大&（+)$)$）(&.根據(jù)這判據(jù)，裂紋尖端的臨界應(yīng)力為(!,&’!大在板料拉延成形工藝過程，危險點的積累最大應(yīng)變值應(yīng)控制為$!)%!大參考文獻+3,45678$