金属塑性变形的力学基础课件.ppt

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1、第3章金属塑性变形的力学基础第一节应力分析第二节应变分析第三节平面问题和轴对称问题第四节屈服准则第五节塑性变形时应力应变关系第六节真实应力-应变曲线弹性(elasticity)：卸载后变形可以恢复特性，可逆性塑性(plasticity)：物体产生永久变形的能力，不可逆性屈服(yielding)：开始产生塑性变形的临界状态断裂(fracture)：宏观裂纹产生、扩展到变形体破断的过程几个基本概念可逆性：弹性变形——可逆；塑性变形——不可逆-关系：弹性变形——线性；塑性变形——非线性与加载路径的关系：弹性——无关；塑性——有关对组织和性能的影响：弹性变形——无影响；塑

2、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）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、塑性变形的力学特征基本假设连续性假设匀质性假设各向同性假设初应力为零体积力为零体积不变假设第一节应力分析外力(load)与内力(internalforce)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。一、外力和应力外力包括面力（作用力、反作用力、摩擦力）和体积力（重力、磁性力、惯

3、性力）单向受力下的应力及其分量应力（stress）应力S是内力的集度内力和应力均为矢量应力的单位：1Pa=1N/m2=1.0197kgf/mm21MPa=106N/m2应力可以进行分解Snn、n（n—normal,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(stress)正应力(normalsress)剪应力(shearstress)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。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。单向应力状态：在单向均匀拉伸的条件下，可用一个来表示一点的应力状态多

4、向受力下的应力分量一点的应力状态：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。一点的应力状态的描述：数值表达：x=50MPa，xz=35MPa图示表达：在单元体的三个正交面上标出张量表达：(i,j=x,y,z)（对称张量，9个分量，6个独立分量。）二、点的应力状态应力分量图示图1-2平行于坐标面上应力示意图三、张量和应力张量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

5、号为负（压应力）当i≠j时为剪应力i、j同号为正，异号为负应力的坐标变换（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）第一次作业答案滑移与孪生的异同相同点：都是通过位错运动来实现都是切应变不同点：孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些滑移面上进行；孪生的晶体变形部分的位向发生了改变，而滑移后晶体各部分位向未改变。预备知识:二维坐标系推广到三维坐标系四、主应力、应力张量不变量和应力椭球面1、主应力：切应力为零的微分面四、主应力、应力张量不变量和应力椭球面设想并证明主应力平

6、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：应力不变量式中讨论：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。主应力的求解（略，见彭大暑《金属塑性加工力学》教材）主应力的图示五、主切应力和最大切应力主剪应力(principalshearstress)：极

7、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。最大剪应力(maximunshearstress)：取应力主轴为坐标轴通常规定：则有最大剪应力：或者：其中：且有：应力张量=应力偏张量+应力球张量。应力偏张量：只能使物体产生形状变化，而不能产生体积变化。应力球张量：不能使物体产生形状变化和塑性变形，而只能产生体积变化。六、应力偏张量和应力球张量：七、八面体应力和等效应力即主应力空间的｛111｝等倾面上的应力。这组截面的方向余弦为：正应力剪应力总应力八面体上的正应力与塑性变形无关，剪应力与塑性变形有关。八面体应力的求解思路：因为等效应力