应力状态和塑性变形简介.ppt

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1、金属塑性变形理论Theoryofmetalplasticdeformation第一讲LessonOne应力状态和塑性变形简介金属塑性加工的力学和热力学条件拉力压力剪切力弯折扭转残余应力各种塑性加工成型过程都是在某种变形力学状态下以及一定的热力学条件下进行。力学状态：变形温度变形速度变形程度热力学条件：随着上述条件不同，金属与合金的塑性、变形抗力、加工时力能消耗、材料的组织和性能都将不同金属在外力作用下能稳定地改变其形状和尺寸而不破坏的能力。塑性：用金属破坏前所能产生的最大变形程度来表示。变形抗力：金属对变形的抵抗能力。用单向拉伸或压缩时试样横断面上所受的应力来

2、表示。1.1塑性加工时所受的力一、作用力把塑性加工设备可动工具部分对变形金属所作用的力叫作用力或主动力。作用力和约束反力二、约束反力阻碍金属质点运动的力。（1）正压力（2）摩擦力T=fN沿工具和工件接触面法线方向阻碍工件整体移动或金属流动的力，方向和接触面垂直并指向工件沿工具和工件接触面切线方向阻碍金属流动的力，并与金属质点流动方向和流动趋势相反注意：1、画受力图2、可忽略重力和惯性力图1-2原子间的作用力和图1-3理想晶体中的能同原子间距(r)的关系原子排列及其势能曲线1.2原子间的作用力和能（3）r＜ro时原子间作用的内力表现为斥力若压缩原子使r＜ro，所加

3、之力或能必须克服原子间的斥力或排斥能。由上述可得到：（1）r=ro时原子的斥力和引力相等内力为零，原子势能最低，原子处于最稳定位置（2）r＞ro时原子间作用的内力表现为引力若拉开原子使r＞ro，所加之力或能必须克服原子间的引力或吸引能。（4）弹性变形所加之力或能不足以克服势垒，仅使原子被迫离开平衡位置，而处于不稳定状态。此时，去掉所加的力后，原子回到原来的平衡位置，变形也就消失。特点：原子间距改变、原子间势能升高、物体的体积发生变化（变化不大）（5）塑性变形所加之力或能足以克服势垒，而使大量的原子多次地、定向地从一个平衡位置转移到另—个平衡位置。这样在宏观上就产

4、生了不能复原的永久变形特点：形状和尺寸改变，但体积不变（6）弹—塑性变形共存发生宏观屈服后的任意变形瞬间所产生的总变形中都包括弹性变形和塑性变形，弹—塑性变形是共存的。金属在发生塑性变形之前必先产生弹性变形。图1-3拉伸时应力与变形的关系弹性模量主要决定于原子间作用力的性质与组织及热处理状态无关延伸率应力1.3内力和应力一、内力1.定义:由于外力的机械作用或是因物体的整体性使物体不均匀变形受到互相限制而引起物体内原子之间的距离发生改变时,在物体内部产生的一种互相平衡的力。导致整体性改变的因素：外力不均匀加热不均匀冷却不均匀相变温度低温度高加热前+-加热后2.产生

5、内力的原因(1)为了平衡外部的机械作用所产生的内力；（2）由于物理或物理-化学过程所产生的相互平衡的内力。3.内力产生的实质由于原子被迫偏离其平衡位置，使原子间距改变。4.内力大小的度量应力二、应力内力的强度称为应力，即单位面积上所作用的内力。1.定义：2.应力的计算：用截面法计算ΔP:ΔF上的总内力ΔT:ΔF切线方向的分内力ΔN:ΔF法线方向分内力S=limΔP/ΔFΔF0全应力σ=limΔN/ΔFΔF0正应力τ=limΔT/ΔFΔF0切应力FNPT注意：1、仅当截面上应力均匀分布时，作用在截面上的总内力与该截面面积之比才是实际应力；2、当截面上的应力不均匀分

6、布时，此比值乃是平均应力，这时截面上的实际应力需用上式来计算。1.4应力状态及应力图示、变形图示一、应力状态所谓物体处于应力状态，就是物体内的原子被迫偏离其平衡位置的状态。1.定义2.研究金属的应力状态的意义金属内部的应力状态，决定了金属内部各质点所处的状态是弹性状态、塑性状态还是断裂状态。而一切压力加工的目的均是在外力的作用下，使金属产生塑性变形，获得所需要的各种形状和尺寸的产品。因此，了解各种压力加工中金属内部的应力状态特点，对于确定物体开始产生塑性变形所需的外力，以及采用什么样的工具与加工制度，使力能的消耗最小等方面都具有重要的实际意义。3.一般应力状态S

7、2=2+20=S0=P/F0=Pcos/A=Pcos/(F0/cos)=0cos2=Psin/A=Psin/(F0/cos)=0sincosS=0cos小结：在单向均匀拉伸的情况下，通过一点的不同切面上，应力是不同的。只要已知过一点一个切面上的应力，就可确定过任意切面上应力。复杂应力状态下描述一点应力状态的必要条件：一点应力状态表示方法：xxyxz在法线方向为x的面上所作用的应力yxyyz在法线方向为y的面上所作用的应力zxzyz在法线方向为z的面上所作用的应力应力作用线沿z轴方向应力作用线沿y轴方向应

8、力作用线沿x轴方向xy