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有限元法在材料成型过程研究中的发展、应用及作用

有限元法在材料成型过程研究中的发展、应用及作用
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有限元法在材料成型过程研究中的发展、应用及作用

材料加工是先进制造技术中重要的组成,它的应用涉及航空航天、汽车、石化、军事等事关国民经济的重要产业。材料加工工艺过程中,除了运动和外力作用等因素,还涉及温度场、流场、应力应变场及内部组织的变化; 生产环境恶劣,控制因素多样。因此,充分了解材料加工计算机模拟的重要性及其发展趋势,对于推动我国制造业的科技进步,缩短产品的开发和加工周期,快速响应市场,提高竞争能力,真正体现高速、高效、高质的制造优势,具有重要的意义。

计算机模拟是制造业发展的产物。以有限元方法为基础的计算机模拟技术是20 世纪技术发展的巨大成果,在工程物理科学的各个分支领域都起着十分重要的作用。新材料、新工艺、新产品、高要求、高精度、低成本的现代制造模式要求深入了解和掌握材料成形机理、过程变化,在计算机上实现过程显现,开拓科学的工艺和设计方法,实现最优设计与制造。因此,计算机数值模拟技术以及以此为基础的优化设计方法研究成为当今和今后国内研究的热点。

我们知道在工程中使用的金属材料大多数为多晶材料,材料的微观组织形态直接影响零件的机械性能和物理性能,所以选择合理的加工工艺参数十分重要。材料加工过程微观组织的计算机模拟由于具有描述分子级尺寸水平的能力,这将对控制材料晶粒大小及分布,进一步了解位错的产生和运动、晶界结构、防止内部空洞和微裂纹的萌生和扩展等问题提供了新的方法[1-2] ,将大大推动材料微观结构研究的进展,并对确定优化材料加工的工步数和顺序、热处理方案十分有益。此外,在金属成形过程中,适用的优化准则对材料最终的力学性能和微观组织性能具有重要的影响,通过优化坯料形状或预成形模具形状、模具速度使最终锻件具有良好的尺寸精度、少无飞边和所期望的微观组织。为此,一方面要要研究合适的优化设计变量的选择,包括影响终锻件力学组织性能的状态变量和过程变量,即形状设计变量和速度设计变量。另一方面要研究和建立微观组织优化设计的目标函数,该目标函数考虑晶粒尺寸大小及分布,再结晶晶粒尺寸、再结晶程度和无再结晶部分的晶粒尺寸及其体积分数。

近二十年间,以有限元法为核心的数值模拟技术在金属塑性成形领域中应用,所采用的理论体系从小变形弹塑性有限元理论、刚-(粘)塑性有限元理论,到现

在的大变形弹-(粘)塑性有限元理论,分析技术发展迅速,逐渐趋于成熟。采用大变形弹-(粘)塑性有限元法分析金属成形问题,不仅能按照变形路径得到塑性区的发展情况,工件中的应力、应变的分布规律,以及几何形状的变化,而且能有效地处理卸载,计算残余应力、残余应变,从而可以分析和防止产品的缺陷等问题,符合金属成形对于精密化模拟分析的要求。目前,二维大变形弹-(粘)塑性有限元法模拟技术已日趋成熟,并已在工程中得到成功的应用。但大变形弹- (粘)塑性有限元法是建立在有限变形理论基础上的,需要对变形梯度进行多次分解,从分析金属成形过程的角度出发,计算工作量大,而金属成形过程通常是在高温下进行的,工件在发生变形的同时伴随有温度的变化,因此,在分析金属成形过程模拟中,还必须考虑温度的影响,即进行温度场与变形场的耦合计算,特别是工程中可以简化为二维分析的问题并不多,三维模拟是必然趋势,三维问题分析在数学模型和图形处理上的复杂程度大大增加,由此引起的计算量猛增,比二维问题的计算量高出几十倍甚至上百倍,这对于计算机存储量的要求也随之增加。近年来,由于计算机软硬件技术的迅速发展和数值计算方法的不断完善,使三维问题的分析成为可能。一方面,人们在研究提高计算速度的方法,开发了大规模计算问题的并行计算方法( Parallel Computation) ,利用并行处理机中多CPU 可同时工作的特点,配以软件编程中的并行处理方法,使计算速度大为加快,目前国际上许多商业软件都推出了并行版,如ANSYS、MARC、LS-DYNA3D 等; 另一方面人们在研究改善计算方法,众所周知,金属成形过程中,坯料的变形特别大,若采用更新的拉格朗日法( Updated Lag rang ian Method) 进行计算时[5],初始划分的单元网格逐渐畸变,若将已经畸变的网格形状作为增量计算的参考构形,将导致计算精度降低,甚至引起不收敛,为克服上述问题,通常当网格畸变到一定程度后,必须停止计算,重新划分适合于计算的网格,通过新旧网格间信息场量的插值传递,再继续进行计算,要完成一个成形问题的模拟,通常需要多次重划网格,这将导致计算量的增加和由于多次插值带来的计算精度的降低,因此,许多研究开发人员正致力于改进三维网格重划的自适应能力和自动化程度,改进新旧网格间信息传递的插值方法,取得了可喜的进展。同时,开发了ALE法( Arbitrary LagrangianEulerian Method) 和显式解法( Explicit Solution)[6] ,而ALE 法不再象Lagrangian公式中将网格固定在材料上,而

是不依赖于材料的运动而移动,因此可控制网格的几何形态,ALE 通过利用高阶的技术不断进行网格重划,从而避免上述问题,提高计算速度和精度,这对于为提高计算精度和效率而进行的网格细划十分有利,该方法已在MSC/ DYTRAN、Press Form 等软件中得到成功的应用,而显式解法主要是为解决非线性问题隐式求解时为保证求解精度需反复迭代,使计算量猛增的问题,目前该方法已成功地应用于LS-DYNA3D 中[7]。另外,随着计算机软硬件的迅速发展,计算速度问题也将逐步得到解决。

到目前为止,二维大体积金属成形过程有限元模拟技术已趋成熟,国内外先后开发了许多商品软件,这些软件多适用于二维问题、伪三维问题及简单三维问题的分析。通过使用弹-塑性-实时响应模型,可确定完整的应力、应变和挠曲变化状况,残余应力也容易被计算。近年来,金属成形工业对三维过程模拟提出了更高更精确的要求。对于处理复杂三维金属塑性成形问题,虽然存在模具型腔几何形状描述、动态边界条件及网格重划等技术难点[3] ,随着计算方法的完善和计算机技术的进步,开发出使用便捷且适用范围广的三维有限元程序已成必然。一方面研究提高计算速度的方法,通过计算机技术中多个CPU 可同时运行的并行处理技术和软件编程中的并行处理方法,开发大规模计算问题的并行计算方法,从而大大提高计算效率;另一方面不断完善计算方法,对于影响三维模拟精度的若干技术问题,如初始速度场的生成、摩擦边界条件的处理、刚性区和塑性区的区分、缩减因子的确定、收敛准则的选择和热力耦合等问题,在保证求解精度和效率的前提下,均可采用二维有限元模拟中相关的算法和处理技术。而模具型腔几何形状描述、动态边界条件及网格生成和重划等技术难点与二维模拟相比有较大的区别,这些问题处理的正确与否将直接关系到模拟分析的可靠性和求解效率。因此,人们在不断地寻求解决的方法。Cho等[4]为了解决复杂三维问题,采用考虑热传导的三维热黏塑性有限元模型,将一个无法用解析式描述的任意复杂形状的模具表面,通过Ferguson分片,用一个分片连续的形式给出,将被网格重构的变形体分为表面自适应层和中心区两部分,提出一种基于体适应映射法的三维网格重构技术。所提出的网格重构方法是以产生线性八节点六面体单元为基础的。在表面自适应层上自动产生网格后,中心区通过体适应映射法自动生成网格,并对万向节的热锻过程进行了完整的模拟。此外,在计算机上处理三维金属成形,

还需进一步提高模拟的可视化水平,拥有良好的用户界面是非常重要的。随着计算机装载了三维图形处理程序及计算速度和硬件水平的提高,可在前后处理中大量应用可视化技术,用户在二维屏幕上可直接观看物体的三维图形和数据。在金属成形过程模拟中,可通过采用切片技术和镜像显示技术观测物体某一横截面或整个结构的变化情况,点跟踪技术可使用户了解在成形过程中原始材料上任意点的流动情况,同时绘制这些点的过程参数变化曲线图。

金属材料的成形通常在高温下进行,工件塑性成形是一个复杂的热力学过程,受到应力应变分布不均匀、硬化和再结晶等因素的影响,而工件的形状和尺寸精度及其内部质量和性能决定着产品质量。热处理过程作为材料加工中不可缺少的环节,是一个包含温度、相变、应力/应变相互作用的复杂过程,是一个多机制综合作用的过程。对其进行组织性能预测的数值模拟,首先必须通过大量实验,使模拟技术建立在可靠的试验数据基础上,建立准确的数学模型,将组织场-变形场-温度场三者进行耦合计算,将成形过程与热处理工艺的模拟与质量控制相结合,使模拟结果更准确。由此可作为参考对影响成形过程和热处理工艺的各种工艺参数进行综合优化设计,以适应先进制造技术的要求(高精度、高质量、高效率)。

数值分析的巨大成果是有限元方法。但是,当网格高度畸变时,这种以单元作为基本概念的方法却有许多难以处理的问题,主要原因是网格的存在妨碍了处理与原始网格线不一致的不连续性和大变形。在处理这类问题时,有限元法通常采用网格重构,但这样不仅计算费用昂贵,而且会使计算精度受损[8]。为解决上述问题,近年来,一种新的无网格数值方法正在迅速发展。无网格方法将连续体离散为有限数目的质点,位移场函数在没有明显网格的情况下通过这些质点的插值得到,该方法仅采用基于点的近似,而不需要节点的连续信息,不仅避免了繁琐的单元网格生成,而且提供了连续性好、形式灵活的场函数,具有前后处理简单、精度高等方面的优点。在处理弹塑性、裂纹扩展、移动界面、高速碰撞以及具有大变形特征的工业成形问题时具有重要的研究价值和广阔的应用前景。无网格方法以其在场函数近似、局部特征描述等方面特有的优点,越来越受到国内外学者的关注,呈现出强劲的发展势头,具有广阔的应用前景和重要的研究价值。

参考文献:

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[8]Arsenault R J,Beeler J R Jr . and Ester ling D M. Computer Simulation in Materials Science. ASM International,USA,1988

材料加工和成型工艺

天津市咼等教育自学考试课程考试大纲 课程名称:材料加工和成型工艺课程代码:0934 第一部分课程性质与目标 一、课程性质与特点 材料加工和成型工艺是高等教育自学考试工业设计专业所开设的专业基础课程之一,它是一门理论联系实际、理论性较强的课程。本课程使考生全面了解工业造型材料的种类、性能、质感和工艺对产品造型设计的影响,以及常用材料的选用、加工技术和工艺。应用于产品造型设计中材料和加工工艺的选用,以便实现设计的目的和要求。 二、课程目标与基本要求 设置本课程,为了使考生能够熟悉造型设计与材料的关系,掌握各种材料的性能特点及 其加工工艺,了解新型材料,从而运用设计手段,充分利用材料的内在功能和表面特征,创 造出功能好、技术性能高、款式新颖的工业产品 通过本课程的学习,要求考生掌握产品开发设计中有关材料和加工工艺的基本知识、基本原理和方法,掌握产品造型设计材料与工艺的学习方法及理论联系实际方法,提高分析问题和解决问题能力。 三、与本专业其它课程的关系 材料加工和成型工艺是工业设计专业大学专科学生必修的专业基础课,它与工业设计专业的许多其它课程有着密切的关系,是产品改良设计、产品开发设计的先导课程。 第二部分考核内容与考核目标 第一章概论 一、学习目的与要求 通过本章学习,了解造型设计与材料和工艺性的关系,以及造型材料的基本概念,理解质感设计的形式、原则和作用,对造型材料有一个基本的认识。 二、考核知识点与考核目标 (一)产品造型设计与材料(重点) 识记:造型材料的特性、应用与发展 理解:材料与造型 造型材料的种类与基本性能 造型材料应具备的特性 造型材料的应用与发展 (二)工业造型材料的美学基础(重点) 理解:质感的概念 质感设计在造型设计中的作用 应用:造型质感设计形式与原则 (三)产品造型设计与工艺性(次重点) 理解:造型设计与加工工艺 造型设计与装配工艺 造型设计与装饰工艺

材料成型技术基础试题答案

《材料成形技术基础》考试样题答题页 (本卷共10页) 、判断题(每题分,共分,正确的画“O ”,错误的打“X ”) 、选择题(每空1分,共38分) 三、填空(每空0.5分,共26分) 1.( 化学成分) ( 浇注条件) ( 铸型性质) 2.( 浇注温度) 3.( 复杂) ( 广) 4.( 大) 5.( 补缩) ( 控制凝固顺序)6.( 球铁) ( 2 17% ) 7.( 缺口敏感性) ( 工艺)8.( 冷却速度) ( 化学成分) 9.( 低) 10.( 稀土镁合金)11.( 非加工)12.( 起模斜度) ( 没有) 13.( 非铁) ( 简单)14.( 再结晶)15.( 变形抗力) 16.( 再结晶) ( 纤维组织)17.( 敷料) ( 锻件公差) 18.( 飞边槽)19.( 工艺万能性)20.( 三) ( 二) 21.( -二二) ( 三)22.( 再结晶退火)23.( 三) 24.( -二二)25.( 拉) ( 压)26.( 化学成分) ( 脱P、S、O )27.( 作为电极) ( 填充金属)28.( 碱性) 29.( 成本) ( 清理)30.( 润湿能力)31.( 形成熔池) (达到咼塑性状态) ( 使钎料熔化)32.( 低氢型药皮) ( 直流专用)

Ct 230 图5 四、综合题(20分) 1、绘制图5的铸造工艺图(6分) ? 2J0 环O' 4 “ei吋 纯 2、绘制图6的自由锻件图,并按顺序选择自由锻基本工序(6 分)。 O O 2 令 i 1 q―1 孔U 400 圈6 3、请修改图7?图10的焊接结构,并写出修改原因。 自由锻基本工序: 拔长、局部镦粗、拔长 图7手弧焊钢板焊接结构(2 分)图8手弧焊不同厚度钢板结构(2 分) 修改原因:避免焊缝交叉修改原因:避免应力集中(平滑过 度)

浙江10月自考材料加工和成型工艺试题及答案解析.docx

??????????????????????精品自学考料推荐?????????????????? 浙江省 2018 年 10 月高等教育自学考试 材料加工和成型工艺试题 课程代码: 00699 一、单项选择题( 在每小题的四个备选答案中,选出一个正确答案,并将正确答案的序号填 在题干的括号内。每小题 2 分,共30分 ) 1.花岗岩属于下列岩石的哪一种?() A. 深成岩 B. 喷出岩 C.火山岩 D. 变质岩 2.在加工玻璃时,不能切割加工的玻璃是()。 A. 压花玻璃 B. 磨砂玻璃 C.铀面玻璃 D. 钢化玻璃 3.下列哪种树木属于针叶木 ?() A. 榉木 B. 杉木 C.樱桃木 D. 胡桃木 4.下列涂料中 ()只宜用于室内使用。 A. 苯——丙涂料 B. 聚乙烯醇系涂料 C.过氯乙烯涂料 D. 乙——丙涂料 5.下列哪项玻璃是制成屏风、扶栏、雕塑等制品?() A. 平板玻璃 B. 玻璃建筑构件 C.建筑艺术玻璃 D. 玻璃绝热材料 6.下列哪项不属于建筑主体的一部分?() A. 墙体 B. 楼板 C.围墙 D. 柱子 7.一般在护壁板与墙体基层间距较大时,踢脚板宜采取()处理。 A. 平接 B. 内凹式 C.外凸式 D. 垂直接 8.()不适合用于室外工程。 A. 陶瓷锦砖 B. 无铀地砖 C.铀面砖 D. 彩铀地砖 9.下图为屋顶花园基本构造层次,()为防水层。 10.下图为屋顶的类型,()为卷棚顶。 1

11.在木结构设计使用,木材不能长期处在()的温度中使用。 A.50 ℃以上 B.60℃以上 C.65℃以上 D.0 ℃以上 12.不属于常见采光屋顶的骨架布置形式的有() 。 A. 四边锥体 B. 多边型锥体 C.重叠体 D. 壳体 13.下图为主龙骨的是()。 14.下列哪项不是影响平板玻璃外观质量的缺陷?() A. 水 B. 气泡 C.疙瘩与砂粒 D. 线道 15.石膏制品不宜用于()。 A. 吊顶材料 B. 影剧院的穿孔贴面板 C.非承重型隔板墙 D. 冷库内的墙贴面 二、填空题 (每空 1 分,共 15 分 ) 1.根据化学成分的不同,建筑装饰材料可分为________、 ________和________三大类。 2.根据树叶的不同,木材可分为________和 ________两大类。 3.防水材料总体可分为________、 ________和 ________。 4.按照门的开启方式分,门有________、________、 ________、 ________等 8 种。 5.采用 ________或 ________ 等骨架结构将表面装饰构造层与建筑构件连接在一起的构造形 式称为结构类装饰构造。 6.陶瓷地砖一般厚________,其规格有400mm× 400mm,300mm × 300mm,250mm × 250mm 。 三、判断题 (判断下列各题,正确的在题后括号内打“√”,错的打“×” 。每小题1 分,共 5分 ) 1.密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。() 2.在树木中,靠近髓心的部分称为心材,其材质最好。() 3.大理石楼面与花岗岩楼面的层次及材料基本不同。() 4.油漆是指涂刷在材料表面能够干结成膜的有机涂料。() 5.对于有水作用的房间,楼地面装饰应考虑抗渗漏、排积水等;对于有酸、碱腐蚀的房间, 应考虑耐酸碱、防腐蚀等。 () 四、问答题(每小题 5 分,共 20 分) 2

材料成形工艺基础

《材料成形工艺基础》自学指导书 一、课程名称:材料成形工艺基础 二、自学学时:50课时 三、教材名称:《材料成形工艺基础》柳秉毅编 四、参考资料:材料成形技术基础陶冶主编机械工业出版社 五、课程简介:《材料成形工艺基础》是材料成型及控制工程专业的主干课程之一,其任务是阐明液态成型、塑性成型和焊接形成等成型技术在内的内在基本规律和物质本质,揭示材料成型过程中影响产品性能的因素及缺陷产生的机理。 六、考核方式:闭卷考试 七、自学内容指导: 绪论第1章金属材料的力学性能 一、本章内容概述: 绪论:1.材料成形工艺的发展历史2.材料成形加工在国民经济中的地位 3.材料成形工艺基础课程的内容 4.本课程的学习要求与学习方法。 第一章:1)铸造成形基本原理;2)塑性成形基本原理; 3)焊接成形基本原理 二、自学学时安排:8学时 三、知识点: 1.合金的铸造性能 2.合金的收缩性; 3.铸件的缩孔和缩松 2合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔,获得尺;3影响合金的充型能力的因素1)合金的流动性2)浇;4合金的收缩概念液态合金从浇注温度逐渐冷却、凝固;5铸造内应力分热应力和机械应力;6顺序凝固,是使铸件按递增的温度梯度方向从一个部;7顺序凝固可以有效地防止缩孔和宏观缩松,主要适用;8缩孔和缩松的防止方法:顺序凝固 四、难点:

1)强度、刚度、弹性及塑性 2)硬度、冲击韧性、断裂韧度、疲劳。 五、课后思考题与习题:P40 1.1 区分以下名词的含义: 逐层凝固与顺序凝固糊状凝固与同时凝固 液态收缩与凝固收缩缩孔与缩松 答:逐层凝固:纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的,铸件凝固时其凝固区宽度接近于零,随着温度的下降,液相区不断减小,固相区不断增大而向中心推进,直至到达铸件中心。顺序凝固:是指在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度,从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固,即远离冒口的部位先凝固,靠近冒口的部位后凝固,冒口本身最后凝固。 糊状凝固:如果合金的结晶温度范围很宽,或者铸件断面上温度梯度较小,则在凝固的某段时间内,其固相和液相并存的凝固区会贯穿铸件的整个断面。 同时凝固:是指采取一定的工艺措施,尽量减小铸件各部分之间的温度差,使铸件的各部分几乎同时进行凝固。 液态收缩:从浇注温度冷却至凝固开始温度(液相线温度)期间发生的收缩。凝固收缩:从凝固开始温度到凝固终了温度(固相线温度)期间发生的收缩。 铸件在凝固过程中,由于合金的液态收缩和凝固收缩所造成的体积缩减,如果未能获得补充(称为补缩),则会在铸件最后凝固的部位形成孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔,细小而分散的孔洞称为缩松。 1.3拟生产一批小型铸铁件,力学性能要求不高,但壁厚较薄,试分析如何提高合金液的充型能力。 答:1)尽可量提高浇注温度。由于壁厚较薄,铸铁可取1450左右2)增大充型压力(即增大推动力)。3)选用蓄热能力强的材料作铸型。4)提高铸型温度。5)选用发气量小而排气能力强的铸型。 1.4冒口补缩的原理是什么? 冷铁是否可以补缩? 冷铁的作用与冒口有何不同? 答:在铸件厚壁处和热节部位(即铸件上热量集中,内接圆直径较大的部位)设置冒

有限元法的基本思想及计算 步骤

有限元法的基本思想及计算步骤 有限元法是把要分析的连续体假想地分割成有限个单元所组成的组合体,简称离散化。这些单元仅在顶角处相互联接,称这些联接点为结点。离散化的组合体与真实弹性体的区别在于:组合体中单元与单元之间的联接除了结点之外再无任何关联。但是这种联接要满足变形协调条件,即不能出现裂缝,也不允许发生重叠。显然,单元之间只能通过结点来传递内力。通过结点来传递的内力称为结点力,作用在结点上的荷载称为结点荷载。当连续体受到外力作用发生变形时,组成它的各个单元也将发生变形,因而各个结点要产生不同程度的位移,这种位移称为结点位移。在有限元中,常以结点位移作为基本未知量。并对每个单元根据分块近似的思想,假设一个简单的函数近似地表示单元内位移的分布规律,再利用力学理论中的变分原理或其他方法,建立结点力与位移之间的力学特性关系,得到一组以结点位移为未知量的代数方程,从而求解结点的位移分量。然后利用插值函数确定单元集合体上的场函数。显然,如果单元满足问题的收敛性要求,那么随着缩小单元的尺寸,增加求解区域内单元的数目,解的近似程度将不断改进,近似解最终将收敛于精确解。 用有限元法求解问题的计算步骤比较繁多,其中最主要的计算步骤为: 1)连续体离散化。首先,应根据连续体的形状选择最能完满地描述连续体形状的单元。常见的单元有:杆单元,梁单元,三角形单元,矩形单元,四边形单元,曲边四边形单元,四面体单元,六面体单元以及曲面六面体单元等等。其次,进行单元划分,单元划分完毕后,要将全部单元和结点按一定顺序编号,每个单元所受的荷载均按静力等效原理移植到结点上,并在位移受约束的结点上根据实际情况设置约束条件。 2)单元分析。所谓单元分析,就是建立各个单元的结点位移和结点力之间的关系式。现以三角形单元为例说明单元分析的过程。如图1所示,三角形有三个结点i,j,m。在平面问题中每个结点有两个位移分量u,v和两个结点力分量F x,F y。三个结点共六个结点位移分量可用列

(全新整理)10月自考试题及答案解析浙江材料加工和成型工艺试卷及答案解析

浙江省2018年10月高等教育自学考试 材料加工和成型工艺试题 课程代码:00699 一、填空题(本大题共9小题,每空1分,共15分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.材料的装饰特性主要包括光泽、__________、__________及花样、质感四个方面的因素。 2.剁斧板、__________、火烧板、__________、__________都是花岗石表面加工方法不同,而呈现出的不同形态。 3.日本由于地震灾害频繁,其高层建筑通常使用的建筑外窗玻璃是__________。 4.饰面构造又称“覆壁式构造”,主要是处理好__________层和__________层的连接构造方法。 5.根据建筑装饰材料的加工性能和饰面部位的不同,饰面构造可分为__________、贴面类饰面构造和__________三类。 6.从楼地面的施工工艺的角度进行分类,可以分为现制整体地面和__________。 7.__________设置在窗的上口,主要用来吊挂窗帘,并对窗帘轨道等构件起遮挡作用。 8.窗的功能有采光、__________、围护、__________、美观。 9.__________是指从天然岩体中开采出来,并加工成块状或板状材料的总称。 二、单项选择题(本大题共15小题,每小题2分,共30分) 在每小题列出的备选项中只有一个是符合题目要求的,请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.根据化学成分的不同分类,下列不包含在有色金属材料类别中的是() A.不锈钢 B.铝 C.铜 D.钛金 2.用氧气焊枪等喷火,使花岗石表层爆裂脱落,形成表面粗糙的板材是() A.火烧板 B.剁斧板 C.机刨板 D.粗磨板 3._____是安全玻璃的一种。() A.不透视玻璃 B.镜面玻璃 1

材料成型工艺基础部分复习题答案

材料成型工艺基础(第三版)部分课后习题答案 第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素?合金流动性不好对铸件品质有何影响? 答:①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷,也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮?影响合金收縮的因素有哪些? 答:①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象,称为收縮。 ②影响合金收縮的因素:化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝则和定向凝则? 答:①同时凝则:将浇道开在薄壁处,在远离浇道的厚壁处出放置冷铁,薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢,厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快,从而达到同时凝固。 ②定向凝则:在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口,使铸件远离冒口的部位最先凝固,靠近冒口的部位后凝固,冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴.试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答:石墨在灰铸铁中以片状形式存在,易引起应力集中。石墨数量越多,形态愈粗大、分布愈不均匀,对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差,但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性,且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口,铸铁硬、脆,难以切削加工;石墨化过分,则形成粗大的石墨,铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么?相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同? 答:①主要因素:化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同,其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢,铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片,力学性能较差;而在薄壁处,冷却速度较快,铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁?它与普通灰铸铁有何区别?如何获得孕育铸铁? 答:①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高,冷却速度对其组织和性能的影响小,因此铸件上厚大截面的性能较均匀;但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理:先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液,然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂,孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心,使石墨化骤然增强,从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果没球墨铸铁好?普通灰铸铁常用热处理方法有哪些?目的是什 么? 答:①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进;而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体,以获得所需的组织和性能,故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法:时效处理,目的是消除应力,防止加工后变形;软化退火,目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。 第三章 ⑴.为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形,而较少采用蜡液浇铸成形?为什么脱蜡时水温不应达到沸点? 答:蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成,在常用的蜡料中,石蜡和硬脂酸各占50%,其熔点为50℃~60℃,高熔点蜡料可加入塑料,制模时,将蜡料熔为糊状,目的除了使温度均匀外,对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。

有限元分析学习心得

有限元分析学习心得 土木0903马烨军11 有限单元法是20世纪50年代以来随着电子计算机的广泛应用而发展起来的有一种数值解法。有限元分析(FEA,FiniteElement Analysis)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题有限元分析后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。 有限元求解问题的基本步骤通常为: 第一步:问题及求解域定义:根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。 第二步:求解域离散化:将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域,习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小(网络越细)则离散域的近似程度越好,计算结果也越精确,但计算量及误差都将增大,因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。 第三步:确定状态变量及控制方法:一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示,为适合有限元求解,通常将微分方程化为等价的泛函形式。 第四步:单元推导:对单元构造一个适合的近似解,即推导有限单元的列式,其中包括选择合理的单元坐标系,建立单元试函数,以

某种方法给出单元各状态变量的离散关系,从而形成单元矩阵(结构力学中称刚度阵或柔度阵)。为保证问题求解的收敛性,单元推导有许多原则要遵循。对工程应用而言,重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如,单元形状应以规则为好,畸形时不仅精度低,而且有缺秩的危险,将导致无法求解。 第五步:总装求解:将单元总装形成离散域的总矩阵方程(联合方程组),反映对近似求解域的离散域的要求,即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行,状态变量及其导数(可能的话)连续性建立在结点处。 第六步:联立方程组求解和结果解释:有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。 求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量,将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。简言之,有限元分析可分成三个阶段,前处理、处理和后处理。前处理是建立有限元模型,完成单元网格划分;后处理则是采集处理分析结果,使用户能简便提取信息,了解计算结果。 为了能从有限单元法得出正确的解答,就必须满足下列三个方面的条件: (1)位移模式必须能反映单元的刚度位移。每个单元的位移一般总是包含两部分:一部分是由本单元的形变引起的,另一部分是与本单元的形变无关的,即刚体位移,它是由于其他单元发生了形变而连带引起的。甚至,在弹性体的某些部位,例如在靠近悬臂梁的自由

1 绪论1绪论材料加工工艺(第2版) 11材料加工工艺在制造业中的地位材料

1 绪论1绪论材料加工工艺(第2版) 11材料加工工艺在制造业中的地位材料.txt珍惜生活——上帝还让你活着,就肯定有他的安排。雷锋做了好事不留名,但是每一件事情都记到日记里面。 1 绪论 1绪论 材料加工工艺(第2版) 1.1材料加工工艺在制造业中的地位 材料加工工艺(materials processing technology)又称材料成形技术,是金属液态成形、焊接、金属塑性加工、激光加工及快速成形、热处理及表面改性、粉末冶金、塑料成形等各种成形技术的总称。它是利用熔化、结晶、塑性变形、扩散、相变等各种物理化学变化使工件成形,达到预定的机器零件设计要求。材料加工成形制造技术与其他制造加工技术的重要不同点是工件的最终微观组织及性能受控于成形制造方法与过程。换句话说,通过各种先进的成形加工工艺,不仅可以获得无缺陷工件,而且能够控制、改善或提高工件的最终使用特性。材料加工工艺与机械切削加工方法不同,在加工过程中机器零件不仅会发生几何尺寸的变化,而且会发生成分、组织结构及性能的变化。因此材料加工工艺的任务不仅要研究如何获得必要几何尺寸的机器零部件,还要研究如何通过加工过程的控制而使零件具有设定的化学成分、组织结构和性能,从而保证机器零部件的安全性、可靠性和寿命。 图11材料科学与工程四要素 关系三角锥 材料的使用性能取决于材料的组织结构和成分,然而材料的应用最终取决于材料的制备与成形加工。因而,材料的成形加工工艺是制造高质量、低成本产品的中心环节,是材料科学与工程四要素中极为关键的一个要素(图11),也是促进新材料研究、开发、应用和产业化的决定因素。 材料加工技术不仅在机械电子工业领域、而且对制造业中的纺织工业、资源加工业及其他工业领域都起着重要作用。机械工业是国民经济的支柱产业。我国机械工业近年来取得了飞速的发展。根据中国机械工业联合会提供的统计数字,2006年我国机械工业的工业增加值占同期国内生产总值(GDP)的6.86%,国际上通常认为:当一个产业的增加值超过国内生产总值的5%即为支柱产业,我国机械工业长期以来高于此值。我国的机械工业无论产值、利润、新产品产值、进出口总额都在我国有着重要地位。 2006年,我国机械工业总产值突破5万亿元大关,全行业连续4年以20%以上的增幅快速发展。在主要机械产品中,2006年发电设备产量为1.1亿千瓦,比2005年创造的9200万千瓦

(完整word版)材料成型工艺基础习题及答案

1.铸件在冷却过程中,若其固态收缩受到阻碍,铸件内部即将产生内应力。按内应力的产生原因,可分为应力和应力两种。 2.常用的特种铸造方法 有:、、、、和 等。 3.压力加工是使金属在外力作用下产生而获得毛 坯或零件的方法。 4.常用的焊接方法有、和 三大类。 5.影响充型能力的重要因素有、和 等。 6.压力加工的基本生产方式 有、、、、和等。 7.热应力的分布规律是:厚壁受应力,薄壁受 应力。 8.提高金属变形的温度,是改善金属可锻性的有效措施。但温度过高,必将产生、、和严重氧化等缺陷。所以应该严格 控制锻造温度。 9.板料分离工序中,使坯料按封闭的轮廓分离的工序称为; 使板料沿不封闭的轮廓分离的工序称为。 10.拉深件常见的缺陷是和。 11.板料冲压的基本工序分为和。前者指冲裁工序,后者包括、、和。 12.为防止弯裂,弯曲时应尽可能使弯曲造成的拉应力与坯料的纤维 方向。 13.拉深系数越,表明拉深时材料的变形程度越大。 14.将平板毛坯变成开口空心零件的工序称为。 15.熔焊时,焊接接头是由、、和 组成。其中和是焊接接头中最薄弱区域。 16.常用的塑性成形方法 有:、、、、 等。 16.电阻焊是利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热,将焊件局 部加热到塑性或融化状态,然后在压力作用下形成焊接接头的焊接方法。电阻焊分为焊、焊和焊三种型式。

其中适合于无气密性要求的焊件;适合于焊接有气密性要求的焊件;只适合于搭接接头;只适合于对接接头。 1.灰口铸铁的流动性好于铸钢。() 2.为了实现顺序凝固,可在铸件上某些厚大部位增设冷铁,对铸件进行补缩。() 3. 热应力使铸件的厚壁受拉伸,薄壁受压缩。() 4.缩孔是液态合金在冷凝过程中,其收缩所缩减的容积得不到补足,在铸件内部形成的孔洞。() 5.熔模铸造时,由于铸型没有分型面,故可生产出形状复杂的铸件。() 6.为便于造型时起出模型,铸件上应设计有结构斜度即拔模斜度。() 7.合金的液态收缩是铸件产生裂纹、变形的主要原因。() 8.在板料多次拉深时,拉深系数的取值应一次比一次小,即 m1>m2>m3…>mn。() 9.金属冷变形后,其强度、硬度、塑性、韧性均比变形前大为提高。() 10.提高金属变形时的温度,是改善金属可锻性的有效措施。因此,在保证金属不熔化的前提下,金属的始锻温度越高越好。()11.锻造只能改变金属坯料的形状而不能改变金属的力学性能。 () 12.由于低合金结构钢的合金含量不高,均具有较好的可焊性,故焊前无需预热。() 13.钢中的碳是对可焊性影响最大的因素,随着含碳量的增加,可焊性变好。() 14.用交流弧焊机焊接时,焊件接正极,焊条接负极的正接法常用于

结构分析及有限元分析基础知识

第一章结构分析及有限元分析基础知识 注:摘自《NX知识工程应用技术——CAD/CAE篇》 洪如瑾编译 清华大学出版社 [目标] 本章将简述结构分析及有限元分析的基础知识,为学习与应用结构分析做好准备,包括: ※ 结构与结构分析定义 ※ 结构的线性静态分析 ※ 材料行为与故障 ※ 有限元分析的基本概念 ※ 有限元模型 1.1结构分析基础知识 1.1.1结构基本概念 1.结构定义 结构可以定义为一个正承受作用的载荷处于平衡中的系统。平衡条件意味着结构是不移动的。一个自由的支架不是一个结构,它未被连接到任一物体上并无载荷作用与它。仅当它附着到外部世界,并且有作用力、压力或力矩时,支架成为一个结构。 例如横跨江面的大桥就是一个普通的结构,一个支架通过它的支撑连接到地面上,桥的重量是在结构上的一种载荷(力)。当汽车通过桥时,附加的力作用于桥的不同位置。 一个好的结构必须满足以下标准: (1) 当预期的载荷作用时,结构必须不出现故障。这个似乎是显而易见的,并意味着结构必须是“强度足够的”。故障意味着结构破裂、分离、弯曲,以及支撑作用载荷失败。 注意:考虑到意外的载荷,通常在设计中提供安全余量。余量常常利用安全因素来描述。例如,如果在结构上期待载荷是10 000磅,规定安全因素是2.0,则结构将设计成能经受住20 000磅载荷。 (2) 当载荷作用时,结构必须不产生过分变形。这意味着结构必须“刚度足够”。 变形可接受的极限(弯曲度、挠度、拉伸等)取决于特定情况。例如,在通常住宅中的地板由足够的吊带支撑,以防止当人在地板岸上行走时有“柔软”的感觉。 (3) 在它的服务生命周期,结构的行为应不会恶化。这意味着结构必须“足够耐用”,必须考虑环境影响和“磨损与破裂”。如果一座桥假定维持50年,则桥的设计必须提供整个50年寿命的结构完整性与充分的安全余量。2.结构分析 结构分析是用于决定一个结构是否将正确完成任务的工程分析过程。结构将在某些方式中进行模拟和求解描述它的行为的数学方程。分析可以人工方法或用计算机方法来完成。 结构分析的结果(答案)用于评估性能,摘要如下: (1)“强度足够吗?”:应力必须是在一可接受的范围内。 (2)“刚度足够吗?”:位移必须是在一可接受的范围内。 (3)“耐用度足够?”:对一个长的疲劳周期应力必须足够低。

Matlab有限元分析操作基础

Matlab 有限元分析20140226 为了用Matlab 进行有限元分析,首先要学会Matlab 基本操作,还要学会使用Matlab 进行有限元分析的基本操作。 1. 复习:上节课分析了弹簧系统 x 推导了系统刚度矩阵 11221 21200k k k k k k k k -????-????--+??

2. Matlab有限元分析的基本操作 (1)单元划分(选择何种单元,分成多少个单元,标号)(2)构造单元刚度矩阵(列出…) (3)组装系统刚度矩阵(集成整体刚度矩阵) (4)引入边界条件(消除冗余方程) (5)解方程 (6)后处理(扩展计算)

3. Matlab有限元分析实战【实例1】

分析: 步骤一:单元划分

步骤二:构造单元刚度矩阵 >>k1=SpringElementStiffness(100) >>…?

步骤三:构造系统刚度矩阵 a) 分析SpringAssemble库函数function y = SpringAssemble(K,k,i,j) % This function assembles the element stiffness % matrix k of the spring with nodes i and j into the % global stiffness matrix K. % function returns the global stiffness matrix K % after the element stiffness matrix k is assembled. K(i,i) = K(i,i) + k(1,1); K(i,j) = K(i,j) + k(1,2); K(j,i) = K(j,i) + k(2,1); K(j,j) = K(j,j) + k(2,2); y = K; b) K是多大矩阵? 今天的系统刚度矩阵是什么? 因为 11 22 1212 k k k k k k k k - ?? ?? - ????--+ ?? 所以 1000100 0200200 100200300 - ?? ?? - ?? ?? -- ?? ?

复合材料加工工艺综述

复合材料加工工艺综述 前言: 复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代,因航空工业的需要,发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢),从此出现了复合材料这一名称。50年代以后,陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合,构成各具特色的复合材料。 复合材料是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用,代替了很多传统的材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为:①纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。②夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄;芯材质轻、强度低,但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。③细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中,如弥散强化合金、金属陶瓷等。④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比,其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高,并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。 60年代,为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要,先后研制和生产了以高性能纤维(如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等)为增强材料的复合材料,其比强度大于4×106厘米(cm),比模量大于4×108cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别,将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同,先进复合材料分为树脂基、金属

材料成型技术基础知识点总结

第一章铸造 1.铸造:将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中,待其凝固冷却后,获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。 2.充型:溶化合金填充铸型的过程。 3.充型能力:液态合金充满型腔,形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。 4.充型能力的影响因素: 金属液本身的流动能力(合金流动性) 浇注条件:浇注温度、充型压力 铸型条件:铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体、铸件结构 流动性是熔融金属的流动能力,是液态金属固有的属性。 5.影响合金流动性的因素: (1)合金种类:与合金的熔点、导热率、合金液的粘度等物理性能有关。 (2)化学成份:纯金属和共晶成分的合金流动性最好; (3)杂质与含气量:杂质增加粘度,流动性下降;含气量少,流动性好。 6.金属的凝固方式: ①逐层凝固方式 ②体积凝固方式或称“糊状凝固方式”。 ③中间凝固方式 7.收缩:液态合金在凝固和冷却过程中,体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。 收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。 8.合金的收缩可分为三个阶段:液态收缩、凝固收缩和固态收缩。 液态收缩和凝固收缩,通常以体积收缩率表示。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。 合金的固态收缩,通常用线收缩率来表示。固态收缩是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。 9.影响收缩的因素 (1)化学成分:碳素钢随含碳量增加,凝固收缩增加,而固态收缩略减。 (2)浇注温度:浇注温度愈高,过热度愈大,合金的液态收缩增加。 (3)铸件结构:铸型中的铸件冷却时,因形状和尺寸不同,各部分的冷却速度不同,结果对铸件收缩产生阻碍。 (4)铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力 10.缩孔及缩松:铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞,按照孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松。大而集中的孔洞称为缩孔,细小而分散的孔洞称为缩松。 缩孔的形成:主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶,铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。 缩松的形成:主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中,是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。 合金的液态收缩和凝固收缩越大,浇注温度越高,铸件的壁越厚,缩孔的容积就越大。 缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。

浙江2011年1月材料加工和成型工艺自考试题

浙江省2011年1月自学考试材料加工和成型工艺试题 课程代码:00699 一、填空题(本大题共13小题,每空1分,共32分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.无机非金属材料包括:___________、___________和___________等。 2.加工材料是指介于___________和___________之间,经过不同程度人为加工的材料。 3.不同的材料有不同的成型加工方法。材料的成型技术有很多种,对金属材料而言,有铸造:包括___________和压铸等;有压力加工:包括___________、___________和挤压等;有连接:包括___________、铆接和粘接等。 4.材料的___________ 是物体表面由于内因和外因而形成的结构特征,通过和视觉所产生的综合印象。 5.___________ 是指材料传导电的能力。根据导电能力的强弱,把材料分为___________ ,半导体和___________。 6.材料的加工性能包括:___________,___________,可焊性,切削加工性。 7.铸造工艺通常包括:铸型准备、铸造金属的___________与___________、铸件处理与检验。 8.普通陶瓷产品在日用器皿、___________陶瓷、___________陶瓷、美术陶瓷、烹饪陶瓷、各种工艺品和工业用具 中应用广泛。 9.天然有机高分子材料是指原材料能从自然界中直接获取的有机高分子材料,主要有___________、___________以及部分原材料衍生物等。 10.人造板材是指利用___________、刨花、木屑、废材以及其他植物纤维等为原料,经过___________或化学处理制成的板材。 11.合成高分子材料也称为聚合物材料,是以人工聚合物为基本组成的高分子材料,分为___________、___________、合成树脂涂料、___________、高分子合成黏合剂、特种功能高分子材料六类,其应用已遍及生产、生活、科技的各个领域,是和金属、陶瓷、玻璃等传统材料同样重要的材料分支。 12.生态环境材料,是指同时具有令人满意的使用性能和优良的环境协调性,或者是能够改善环境的材料。其中环境协调性指的是对资源和能源___________ 、对环境___________和循环再生利用率高。对生态环境材料的研究将有助于解决资源短缺、环境恶化等一系列问题,促进社会经济的可持续发展。 13.人类的___________史就是对材料的使用史。人们通常以不同特征的材料来划分人类不同的历史时期,例如___________、陶器时代、___________、铁器时代、人工合成材料时代等,为人类文明的历史树起了一座座里程碑。 二、名词解释(本大题共4小题,每小题5分,共20分) 1.天然材料 2.密度 3.粉末合金 4.构性 第 1 页

材料成型工艺基础部分(中英文词汇对照)

材料成型工艺基础部分0 绪论 金属材料:metal material (MR) 高分子材料:high-molecular material 陶瓷材料:ceramic material 复合材料:composition material 成形工艺:formation technology 1 铸造 铸造工艺:casting technique 铸件:foundry goods (casting) 机器零件:machine part 毛坯:blank 力学性能:mechanical property 砂型铸造:sand casting process 型砂:foundry sand 1.1 铸件成形理论基础 合金:alloy 铸造性能:casting property 工艺性能:processing property 收缩性:constringency 偏析性:aliquation 氧化性:oxidizability

吸气性:inspiratory 铸件结构:casting structure 使用性能:service performance 浇不足:misrun 冷隔:cold shut 夹渣:cinder inclusion 粘砂:sand fusion 缺陷:flaw, defect, falling 流动性:flowing power 铸型:cast (foundry mold) 蓄热系数:thermal storage capacity 浇注:pouring 凝固:freezing 收缩性:constringency 逐层凝固:layer-by-layer freezing 糊状凝固:mushy freezing 结晶:crystal 缩孔:shrinkage void 缩松:shrinkage porosity 顺序凝固:progressive solidification 冷铁:iron chill 补缩:feeding

材料成型工艺基础习题答案

材料成型工艺基础(第三版)部分课后习题答案第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素?合金流动性不好对铸件品质有何影响? 答:①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷,也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮?影响合金收縮的因素有哪些? 答:①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象,称为收縮。 ②影响合金收縮的因素:化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则?试对下图所示铸件设计浇注系统和冒口及冷铁,使其实现定向凝固。 答:①同时凝固原则:将内浇道开在薄壁处,在远离浇道的厚壁处出放置冷铁,薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢,厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快,从而达到同时凝固。 ②定向凝固原则:在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口,使铸件远离冒口的部位最先凝固,靠近冒口的部位后凝固,冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴ .试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答:石墨在灰铸铁中以片状形式存在,易引起应力集中。石墨数量越多,形态愈粗大、分布愈不均匀,对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差,但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性,且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白

口,铸铁硬、脆,难以切削加工;石墨化过分,则形成粗大的石墨,铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么?相同化学成分的铸铁件的力学性能是否 相同? 答:①主要因素:化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同,其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢,铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片,力学性能较差;而在薄壁处,冷却速度较快,铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁?它与普通灰铸铁有何区别?如何获得孕育铸铁? 答:①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高,冷却速度对其组织和性能的影响小,因此铸件上厚大截面的性能较均匀;但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理:先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液,然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂,孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心,使石墨化骤然增强,从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好?普通灰铸铁常用的热处理方法有哪 些?其目的是什么? 答:①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进;而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体,以获得所需的组织和性能,故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法:时效处理,目的是消除内应力,防止加工后变形;软化退火,目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。

有限元d 分析与介绍

有限元分析(FEA,Finite Element Analysis)利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用,例如用多边形(有限个直线单元)逼近圆来求得圆的周长,但作为一种方法而被提出,则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法,应用于航空器的结构强度计算,并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力,随着计算机技术的快速发展和普及,有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域,成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。 有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫(Clough)教授形象地将其描绘为:“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函数”,即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。不同于求解(往往是困难的)满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法,有限元法将函数定义在简单几何形状(如二维问题中的三角形或任意四边形)的单元域上(分片函数),且不考虑整个定义域的复杂边界条件,这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。

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