金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)課件.ppt

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1、第3章金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)應(yīng)力分析第二節(jié)應(yīng)變分析第三節(jié)平面問(wèn)題和軸對(duì)稱問(wèn)題第四節(jié)屈服準(zhǔn)則第五節(jié)塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系第六節(jié)真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性(elasticity)：卸載后變形可以恢復(fù)特性，可逆性塑性(plasticity)：物體產(chǎn)生永久變形的能力，不可逆性屈服(yielding)：開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的臨界狀態(tài)斷裂(fracture)：宏觀裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展到變形體破斷的過(guò)程幾個(gè)基本概念可逆性：彈性變形——可逆；塑性變形——不可逆?-?關(guān)系：彈性變形——線性；塑性變形——非線性與加載路徑的關(guān)系：彈性——無(wú)關(guān)；塑性——有關(guān)對(duì)組織和性能的影響：彈性變形——無(wú)影響；塑

2、性變形——影響大（加工硬化、晶粒細(xì)化、位錯(cuò)密度增加、形成織構(gòu)等）變形機(jī)理：彈性變形——原子間距的變化；塑性變形——位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)為主彈塑性共存：整體變形中包含彈性變形和塑性變形；塑性變形的發(fā)生必先經(jīng)歷彈性變形；在材料加工過(guò)程中，工件的塑性變形與工模具的彈性變形共存。彈性、塑性變形的力學(xué)特征基本假設(shè)連續(xù)性假設(shè)勻質(zhì)性假設(shè)各向同性假設(shè)初應(yīng)力為零體積力為零體積不變假設(shè)第一節(jié)應(yīng)力分析外力(load)與內(nèi)力(internalforce)外力P：施加在變形體上的外部載荷。內(nèi)力Q：變形體抗衡外力機(jī)械作用的體現(xiàn)。一、外力和應(yīng)力外力包括面力（作用力、反作用力、摩擦力）和體積力（重力、磁性力、慣

3、性力）單向受力下的應(yīng)力及其分量應(yīng)力（stress）應(yīng)力S是內(nèi)力的集度內(nèi)力和應(yīng)力均為矢量應(yīng)力的單位：1Pa=1N/m2=1.0197kgf/mm21MPa=106N/m2應(yīng)力可以進(jìn)行分解Sn??n、?n（n—normal,法向）某截面（外法線方向?yàn)閚）上的應(yīng)力：或者（求和約定的縮寫(xiě)形式）全應(yīng)力(stress)正應(yīng)力(normalsress)剪應(yīng)力(shearstress)應(yīng)力是某點(diǎn)A的坐標(biāo)的函數(shù)，即受力體內(nèi)不同點(diǎn)的應(yīng)力不同。應(yīng)力是某點(diǎn)A在坐標(biāo)系中的方向余弦的函數(shù)，即同一點(diǎn)不同方位的截面上的應(yīng)力是不同的。單向應(yīng)力狀態(tài)：在單向均勻拉伸的條件下，可用一個(gè)來(lái)表示一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)多

4、向受力下的應(yīng)力分量一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)：是指通過(guò)變形體內(nèi)某點(diǎn)的單元體所有截面上的應(yīng)力的有無(wú)、大小、方向等情況。一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)的描述：數(shù)值表達(dá)：?x=50MPa，?xz=35MPa圖示表達(dá)：在單元體的三個(gè)正交面上標(biāo)出張量表達(dá)：(i,j=x,y,z)（對(duì)稱張量，9個(gè)分量，6個(gè)獨(dú)立分量。）二、點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力分量圖示圖1-2平行于坐標(biāo)面上應(yīng)力示意圖三、張量和應(yīng)力張量應(yīng)力的分量表示及正負(fù)符號(hào)的規(guī)定?ij??xx、?xz……（便于計(jì)算機(jī)應(yīng)用）i——應(yīng)力作用面的外法線方向(與應(yīng)力作用面的外法線方向平行的坐標(biāo)軸)j——應(yīng)力分量本身作用的方向當(dāng)i=j時(shí)為正應(yīng)力?i、j同號(hào)為正（拉應(yīng)力），異

5、號(hào)為負(fù)（壓應(yīng)力）當(dāng)i≠j時(shí)為剪應(yīng)力?i、j同號(hào)為正，異號(hào)為負(fù)應(yīng)力的坐標(biāo)變換（例題講解）*實(shí)際應(yīng)用：晶體取向、織構(gòu)分析等應(yīng)力莫爾圓**：二維應(yīng)力莫爾圓與三維應(yīng)力莫爾圓掌握如何畫(huà)、如何分析（工程力學(xué)已學(xué)，看書(shū)）第一次作業(yè)答案滑移與孿生的異同相同點(diǎn)：都是通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)都是切應(yīng)變不同點(diǎn)：孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻切變，而滑移只集中在一些滑移面上進(jìn)行；孿生的晶體變形部分的位向發(fā)生了改變，而滑移后晶體各部分位向未改變。預(yù)備知識(shí):二維坐標(biāo)系推廣到三維坐標(biāo)系四、主應(yīng)力、應(yīng)力張量不變量和應(yīng)力橢球面1、主應(yīng)力：切應(yīng)力為零的微分面四、主應(yīng)力、應(yīng)力張量不變量和應(yīng)力橢球面設(shè)想并證明主應(yīng)力平

6、面（其上只有正應(yīng)力，剪應(yīng)力均為零）的存在，可得應(yīng)力特征方程：應(yīng)力不變量式中討論：1.可以證明，在應(yīng)力空間，主應(yīng)力平面是存在的；2.三個(gè)主平面是相互正交的；3.三個(gè)主應(yīng)力均為實(shí)根，不可能為虛根；4.應(yīng)力特征方程的解是唯一的；5.對(duì)于給定的應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力不變量也具有唯一性；6.應(yīng)力第一不變量I1反映變形體體積變形的劇烈程度，與塑性變形無(wú)關(guān)；I3也與塑性變形無(wú)關(guān)；I2與塑性變形無(wú)關(guān)。7.應(yīng)力不變量不隨坐標(biāo)而改變，是點(diǎn)的確定性的判據(jù)。主應(yīng)力的求解（略，見(jiàn)彭大暑《金屬塑性加工力學(xué)》教材）主應(yīng)力的圖示五、主切應(yīng)力和最大切應(yīng)力主剪應(yīng)力(principalshearstress)：極

7、值剪應(yīng)力（不為零）平面上作用的剪應(yīng)力。主應(yīng)力空間的｛110｝面族。最大剪應(yīng)力(maximunshearstress)：取應(yīng)力主軸為坐標(biāo)軸通常規(guī)定：則有最大剪應(yīng)力：或者：其中：且有：應(yīng)力張量=應(yīng)力偏張量+應(yīng)力球張量。應(yīng)力偏張量：只能使物體產(chǎn)生形狀變化，而不能產(chǎn)生體積變化。應(yīng)力球張量：不能使物體產(chǎn)生形狀變化和塑性變形，而只能產(chǎn)生體積變化。六、應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量：七、八面體應(yīng)力和等效應(yīng)力即主應(yīng)力空間的｛111｝等傾面上的應(yīng)力。這組截面的方向余弦為：正應(yīng)力剪應(yīng)力總應(yīng)力八面體上的正應(yīng)力與塑性變形無(wú)關(guān)，剪應(yīng)力與塑性變形有關(guān)。八面體應(yīng)力的求解思路：因?yàn)榈刃?yīng)力