位错密度晶体塑性模型及在微成形模拟中的应用
材基习题及答案
第三章 作业与习题的解答 一、作业： 2、纯铁的空位形成能为105 kJ/mol 。将纯铁加热到850℃后激冷至室温（20℃），假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。(e 31.8=6.8X1013） 6、如图2-56，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。 （1）分析该位错环各段位错的结构类型。 （2）求各段位错线所受的力的大小及方向。 （3）在τ的作用下，该位错环将如何运动？ （4）在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定 不动，其最小半径应为多大？ 解： （2）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂 直。 （3）右手法则（P95）：（注意：大拇指向下，P90图3.8中位错 环ABCD 的箭头应是向内，即是位错环压缩）向外扩展（环扩大）。 如果上下分切应力方向转动180度，则位错环压缩。 (4) P103-104： 2sin 2d ?τd T s b = θRd s =d ； 2/sin 2 θ?d d = ∴ τ ττkGb b kGb b T R ===2 注：k 取0.5时，为P104中式3.19得出的结果。 7、在面心立方晶体中，把两个平行且同号的单位螺型位错从相距100nm 推进到3nm 时需要用多少功（已知晶体点阵常数a=0.3nm,G=7﹡1010Pa ）？ (31002100 32ln 22ππGb dr w r Gb ==?； 1.8X10-9J ） 8、在简单立方晶体的（100）面上有一个b=a[001]的螺位错。如果
它(a)被（001）面上b=a[010]的刃位错交割。(b)被（001）面上b=a[100]的螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？ （（a ）：见P98图3.21， NN ′在（100）面内，为扭折，刃型位错；(b)图3.22，NN ′垂直（100）面，为割阶，刃型位错） 9、一个 ]101[2- =a b 的螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中遇 到障碍物而发生交滑移，请指出交滑移系统。 对FCC 结构：（1 1 -1）或写为（-1 -1 1） 10、面心立方晶体中，在（111）面上的单位位错]101[2-=a b ，在（111） 面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出： γπ242 b G d s ≈ 应为 γπ242a G d s ≈ （G 为切变模量，γ为层错能） （P116式3.33，两个矢量相乘的积=|b1|˙|b2|˙cos(两矢量夹角) 11、在面心立方晶体中，（111）晶面和）（- 111晶面上分别形成一个扩展位错： （111）晶面：]211[6]112[6]110[2----+→a a a =A+B )111(- 晶面：]211[6]211[6]011[2a a a +→-=C+D 两个扩展位错在各自晶面上滑动时，其领先位错相遇发生位错反应，求出新位错的柏氏矢量；用图解说明上述位错反应过程；分析新位错的组
基于DEFORM3D二次开发的塑性成形过程组织演化模拟
基于DEFORM3D 二次开发的塑性成形过程组织演化模拟 作者：曲周德 张伟红 摘要：金属热成形方法可以有效改善 产品的综合机械性能，利用有限元模拟可以为控制锻造和产品质量提供理论依据。在Deform3D 的热力耦合刚粘塑性有限元模拟技术的基础上，进行了微观组织演化的二次开发，可以扩展有限元软件的组织模拟能力，并利用该方法对20CrMnTi 钢镦锻热成形过程进行了计算机模拟，得到了热力参数的分布状况和内部晶粒度变化的规律。通过摇臂轴的镦锻成形模拟证明了组织模拟能够为工艺改进提供了理论依据。 关键词：刚粘塑性；有限元；晶粒尺寸；显微组织演化；热镦锻 0 引言 高温成形过程中，金属将发生动态和静态再结晶，产生新的晶粒。这种微观组织的演变在很大程度上决定了产品的宏观力学性能[1，2]。利用热加工过程控制晶粒大小，细化微观组织，是提高产品力学性能的重要手段。因此，研究材料在热成形过程中宏观力学行为和微观组织的变化，揭示其相互之间的关系，并依据优化工艺参数、设计塑性成形工艺和锻后冷却方案，这对解决目前的工艺问题，提高产品质量是很有意义的，同时也是变形过程全面模拟的前沿课题[3]。 有限元数值模拟技术是随着物理模拟设备的完善以及计算机技术的发展而发展起来的。鉴于有限元法是目前唯一能对塑性加工过程给出全面且较为精确数值解的分析方法，本文对材料组织性能所进行的数值模拟均采用该分析方法。 数值模拟软件是求解塑性加工问题的一个基本工具。现在市场上已有许多成熟的用于金属塑性加工的商业软件。如DEFORM ，MSC.MARC ，MSC.SUPERFORM ，Dynaform 等，但这些软件都只进行宏观变形和温度的分析计算，没有考虑宏观与微观耦合，不具备微观组织演化的模拟和预测功能，或者只具有简单的预测能力，其模型并不一定适合于所考察的问题。本文通过对Deform3D 二次开发，将适合于材料的组织模型与成形的热力耦合计算结合，模拟热成形过程中的组织演化。 1 模型建立
金属塑性成形原理习题集
《金属塑性成形原理》习题集 运新兵编 模具培训中心 二OO九年四月
第一章 金属的塑性和塑性变形 1．什么是金属的塑性？什么是变形抗力？ 2．简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。如何提高金属的塑性？ 3．什么是附加应力？ 附加应力分几类？试分析在凸形轧辊间轧制矩形板坯时产生的附加应力？ 4．什么是最小阻力定律？最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义？ 5．塑性成形时，影响金属变形和流动的因素有哪些？各产生什么影响？ 6．为什么说塑性成形时金属的变形都是不均匀的？不均匀变形会产生什么后果？ 7．什么是残余应力？残余应力有哪几类？会产生什么后果？如何消除工件中的残余应力？ 8．摩擦在金属塑性成形中有哪些消极和积极的作用？塑性成形中的摩擦有什么特点？ 9．塑性成形中的摩擦机理是什么？ 10． 塑性成形时接触面上的摩擦条件有哪几种？各适用于什么情况？ 11． 塑性成形中对润滑剂有何要求？ 12． 塑性成形中常用的液体润滑剂和固体润滑剂各有哪些？石墨和二硫化钼 如何 起润滑作用？ 第二章 应力应变分析 1．什么是求和约定？张量有哪些基本性质？ 2．什么是点的应力状态？表示点的应力状态有哪些方法？ 3．什么是应力张量、应力球张量、应力偏张量和应力张量不变量？ 4．什么是主应力、主剪应力、八面体应力？ 5．什么是等效应力？有何物理意义？ 6．什么是平面应力状态、平面应变的应力状态？ 7．什么是点的应变状态？如何表示点的应变状态？ 8．什么是应变球张量、应变偏张量和应变张量不变量？ 9．什么是主应变、主剪应变、八面体应变和等效应变？ 10． 说明应变偏张量和应变球张量的物理意义？ 11． 塑性变形时应变张量和应变偏张量有和关系？其原因何在？ 12． 平面应变状态和轴对称状态各有什么特点？ 13． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=30758075050805050ij σ，试求方向余弦为21==m l ，2 1=n 的斜面上的全应力、正应力和剪应力。 14． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=10010010010010ij σ，求其主应力、主剪应力、八面体应力、应力球张量及应力偏张量。 15． 设某物体内的应力场为
位错习题解答
练习题Ⅲ（金属所） 1.简单立方晶体，一个Volltera过程如下：插入一个(110)半原子面，然后再位移2/] 1[， 10其边缘形成的位错的位错线方向和柏氏矢量是什么？ 2.在简单立方晶体中有两个位错，它们的柏氏矢量b和位错的切向t分别是：位错(1)的 b(1)=a[010]，t(1)=[010]；位错(2)的b(2)=a[010]，t(2)=[1 00]。指出两个位错的类型以及位错的滑移面。如果滑移面不是惟一的，说明滑移面所受的限制。 3.以一个圆筒薄壁“半原子面”插入晶体，在圆筒薄壁下侧的圆线是不是位错？ 4.写出距位错中心为R1范围内的位错弹性应变能。如果弹性应变能为R1范围的一倍，则 所涉及的距位错中心距离R2为多大?这个结果说明什么？ 5.面心立方晶体两个平行的反号刃型位错的滑移面相距50 nm，求它们之间在滑移方向以 及攀移方向最大的作用力值以及相对位置。已知点阵常数a=0.3 nm，切变模量G=7?1010 Pa，? =0.3。 6.当存在过饱和空位浓度时，请说明任意取向的位错环都受一个力偶作用，这力偶使位错 转动变成纯刃型位错。 7.面心立方单晶体（点阵常数a=0.36 nm）受拉伸形变，拉伸轴是[001]，拉伸应力为1MPa。 求b=a[101]/2及t平行于[121]的位错在滑移和攀移方向所受的力。 8.若空位形成能为73kJ/mol，晶体从1000K淬火至室温（约300K），b约为0.3nm，问刃 位错受的攀移力有多大?估计位错能否攀移？ 9.当位错的柏氏矢量平行x1轴，证明不论位错线是什么方向，外应力场的?33分量都不会 对位错产生作用力。 10.证明在均匀应力场作用下，一个封闭的位错环所受的总力为0。 11.两个平行自由表面的螺位错，柏氏矢量都是b，A位错距表面的距离为l1，B位错距表面 的距离为l2，l2> l1，晶体的弹性模量为?。求这两个位错所受的映像力。 12.一个合金系，在某一温度下的fcc和hcp结构的成分自由能-成分曲线在同一成分有最小 值。问这个成分合金在该温度下的扩散位错会不会出现铃木气团？为什么？ 13.设使位错滑移需要克服的阻力（切应力）对铜为9.8?105 Pa，对3%Si-Fe合金为1.5?108 Pa， 铜、3%Si-Fe合金的切变模量?分别是4?1010 Pa以及3.8?1011 Pa。问它们在表面的低位错密度层有多厚？已知点阵常数a Cu=0.36 nm，a Fe-Si=0.28 nm。 14.简单立方晶体(100)面有一个b=[001]的螺型位错。(1)在(001)面有1个b=[010]的刃型位错 和它相割，相割后在两个位错上产生弯结还是割阶？(2)在(001)面有一个b=[100]的螺型位错和它相割，相割后在两个位错上产生弯结还是割阶？ 15.立方单晶体如图所示，三个平行的滑移面上各有两个位错，位错的正向及柏氏矢量如图 中箭头所示：bⅠ、bⅢ、bⅤ和bⅥ平行[010]方向，bⅡ平行[100]方向，bⅣ平行于] 1[方向， 10所有柏氏矢量的模相等；在???作用下，假设位错都可以滑动。位错滑动后，问A相对
《金属塑性成形原理》习题答案
《金属塑性成形原理》 习题答案 一、填空题 1.衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。 2.所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 3.金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。 4.请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量 ＝＋ 5.对应变张量，请写出其八面体线变与八面体切应变的表达式。 ＝； ＝。 6.1864年法国工程师屈雷斯加（H.Tresca）根据库伦在土力学中研究成果，并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果采用数学的方式，屈雷斯加屈服条件可表述为 。
7.金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多，归结起来主要有金属的种类和化学成分、工具的表面状态、接触面上的单位压力、变形温度、变形速度等几方面的因素。 8.变形体处于塑性平面应变状态时，在塑性流动平面上滑移线上任一点的切线方向即为该点的最大切应力方向。对于理想刚塑性材料处于平面应变状态下，塑性区内各点的应力状态不同其实质只是平均应力 不同，而各点处的最大切应力为材料常数。 9.在众多的静可容应力场和动可容速度场中，必然有一个应力场和与之对应的速度场，它们满足全部的静可容和动可容条件，此唯一的应力场和速度场，称之为真实应力场和真实速度场，由此导出的载荷，即为真实载荷，它是唯一的。 10.设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： ，则单元内任一点外的应变可表示为＝。 11、金属塑性成形有如下特 点：、、、。 12、按照成形的特点，一般将塑性成形分为和两大类，按照成形时工件的温度还可以分为、和 三类。 13、金属的超塑性分为和两大类。 14、晶内变形的主要方式和单晶体一样分为和。其中变形是主要的，而变形是次要的，一般仅起调节作用。
第三章 塑性成型习题作业
一、填空 1.金属的加工硬化是指塑性变形后其机械性能中强度和硬度（升高），而塑性和韧性（降低）的现象。 2.金属经塑性变形后，强度升高塑性下降的现象称为（加工硬化），它可以通过（加热）方法消除。 3.金属产生加工硬化后的回复温度T回=(0.2----0.3)T熔(金属熔化的绝对温度);再结晶温度T 再=( 0.4)T熔。 4.锻造时对金属加热的目的是（提高塑性）和（减小变形抗力）。 7.衡量金属可锻性的两个指标是（塑性）和（变形抗力）。 9.金属在塑性变形过程中三个方向承受的（压应力）数目越多，则金属的塑性越好，（拉应力）的数目越多，则金属的塑性越差。 11．模锻件的分模面即上下模在锻件上的（）,为了便于模锻件从模膛中取出，锻件沿锤击方向的表面要有一定的（斜度）。 12．板料冲压的基本工序可分为（分离）和（成形）两大类。 13．板料落料时，凹模的尺寸（大于）落料件的尺寸，而凸模的尺寸小于落料件的尺寸；板料冲孔时，凸模的尺寸（小于）孔的尺寸，而凹模的尺寸大于孔的尺寸。 15．为使弯曲后角度准确，设计板料弯曲模时考虑到（回弹）现象，应使模具的角度比需要的角度（小）。 17．板料冲压基本工序冲孔和落料是属于（分离）工序；而拉深和弯曲则属于（成形）工序。 18.按照挤压时金属流动方向和凸模运动方向之间的关系，挤压可分为（正挤压）、（反挤压）、（复合挤压）和（径向挤压）。 二、判断 1.滑移是金属塑性变形的主要方式。 F 2.变形金属经再结晶后不仅可以改变晶粒形状，而且可以改变晶体结构。F 3.钨的熔点为3380℃，当钨在1200℃变形时，属于冷变形。 F 4.金属存在纤维组织时，沿纤维方向较垂直纎维方向具有较高的强度，较低的塑性。F 5.锻造纤维组织的稳定性很高，故只能用热处理的方法加以消除。F 6.金属材料凡在加热条件下的加工变形称为热变形，而在室温下的加工变形称为冷变形。F 7.钢料经冷变形后产生加工硬化而提高强度，钢锭经锻造热变形后因无加工硬化，故机械性能没有改善。F 8.自由锻不但适用于单件,小批生产中锻造形状简单的锻件,而且是锻造中型锻件唯一的方法。 F 9.模型锻造比自由锻造有许多优点,所以模锻生产适合于小型锻件的大批大量生产。T 10.胎膜锻造比自由锻造提高了质量和生产率，故适用于大件，大批量的生产。F 11．带孔的锻件在空气锤上自由锻造时，孔中都要预留有冲孔连皮，而于锻后冲去。T 12．自由锻造可以锻造内腔形状复杂的锻件。F 13．锤上模锻可以直接锻出有通孔的锻件。F 14．自由锻件上不应设计出锥体或斜面的结构，也不应设计出加强筋，凸台，工字型截面或空间曲线型截面，这些结构难以用自由锻方法获得。T 15．锤上模锻时，终锻模膛必须要有飞边槽。T 16．锻造时对坯料加热的目的是提高塑性和降低变形抗力,所以，加热温度越高越好。F 17．制定锻件图时，添加敷料是为了便于切削加工。T 19．在空气锤上自由锻造有孔的锻件时，都不能锻出通孔，而必须留有冲孔连皮，待锻后
《金属塑性成型原理》复习资料
第一章绪论 1. 什么是金属的塑性什么是塑性成形塑性成形有何特点塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力；塑性成形：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法，也称塑性加工或压力加工；塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2. 试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ. 按成型特点可分为块料成形（也称体积成形）和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次加工和二次加工。 一次加工： ① ---------- 轧制是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ② ---------- 挤压是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于（低塑性的）型材、管材和零件。 ③ ---------- 拉拔是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻 --- 是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需 的形状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻 -- 是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变 形，从而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。
数值模拟技术及其在金属塑性成形中的应用
《材加专业前沿讲座》前沿调研报告数值模拟技术及其在金属塑性成形中的应用 学院：机械工程学院 班级：xxxxx 姓名：南京小诸葛 学号：xxxxx
目录 一、摘要 (1) 二、正文 (1) 2.1数值模拟技术 (1) 2.1.1数值模拟技术简介 (1) 2.1.2数值模拟技术的优势 (1) 2.1.3有限元法发展历史 (2) 2.1.4有限元法的发展现状 (2) 2.1.5有限元法在机械中的应用 (2) 2.2数值模拟技术在金属塑性成形中的应用 (2) 2.3数值模拟技术的应用举例 (3) 三、参考文献 (4)
一、摘要 在本次材加专业学科前沿体验课金淼老师关于数值模拟技术及其在金属塑形成型中的应用，我学到了很多先进前沿的知识。数值模拟技术是一项新型的求解数学模型的方法，尤其是数值法中的有限元法，在机械行业运用广泛，在金属塑性成形过程中更是有着很大的实用价值，是一项值得我们认真研究的科学处理方法。 关键字：数值模拟塑性成形有限元法 二、正文 在材加专业学科前沿体验课中，我们都听了很多老师在不同方面的专业知识的讲座，但让我留下最深印象的就是金淼老师讲授的“数值模拟技术及其在金属塑性成形中的应用”的讲座。数值模拟技术是一种新型的模拟分析的技术，在现实生产应用十分广泛，对我们专业的未来生产生活中的应用也是颇有价值，所以我对数值模拟技术做了下面的前沿调研报告。 该调研报告分为三个部分来讲：首先讲什么是数值模拟技术，然后讲数值模拟技术在金属塑性成形中的应用，最后会列举一个数值模拟技术实际生产中的例子。 2.1数值模拟技术 2.1.1数值模拟技术简介 求解数学模型通常有两种方法：一种是解析法，它通过严格的数学推导求出问题的精确解，或称解析解；另一种是数值法，它通过一定的算法和程序，利用计算机计算出问题的近似解，又称数值解。 常见的数值法有差分法，变分法和有限元法等。我们接下来主要讲解集成差分法和变分法二者数值模拟优点的有限元法。 有限元法是求解各种复杂数理方程的一种数值计算方法，是弹性/塑性理论、计算数学、计算机软硬件有机结合在一起的一种数值分析技术，是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具。 2.1.2数值模拟技术的优势 近年来，在计算机技术和数值分析方法的支持下，数值模拟技术在国防、航空航天、交通运输、电力、机械、工程建筑等领域得到了广泛的应用，从结构合理性设计到结构承载能力和工件寿命预测、从结构的稳定性到工件开裂预测等，各个领域都渗透者数值模拟技术的身影。例如，分析叶片成形过程，研究其缺陷产生原因，以期为实际锻造过程作知道，有效地改进叶片成型质量；模拟不同形状工件、不同变形条件下缺陷产生的过程，以便能更好地了解缺陷的成因及改进措施等。数值模拟以其低成本、高价值的优势成为越来越普通的工程计算和科学研究的手段，被越来越多的科研人员所接受和使用。因此，数值模拟技术也是降低制造成本、缩短研发周期、搞笑而实用地预测研究缺陷的方法和手段。 数值模拟技术已从一个单纯的分析工具转变为一种设计手段，成为快速发展的一个相对独立的科学领域，在理论和应用方面都具有学科的特色。其优势主要体现在：①有效缩短新产品的开发研究周期，大幅度降低产品研发成本；②以精确的分析结果为知道，制造出高质量的产品；③快速进行方案设计和改进，增加产品和工程的可靠性；④精确预测产品性能；⑤实现优化设计，降低材料的消耗和成本；⑥预先发现产品制造或工程设施中可能潜在的问题，减少经济损失和时
金属塑性_知识点汇总
金属塑性成形原理复习指南 第一章绪论 1、基本概念 塑性:在外力作用下材料发生永久性变形，并保持其完整性的能力。 塑性变形:作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的永久变形成为塑性变形。 塑性成型:材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定的力学性能的加工方法。 2、塑性成形的特点 1）其组织、性能都能得到改善和提高。 2）材料利用率高。 3）用塑性成形方法得到的工件可以达到较高的精度。 4）塑性成形方法具有很高的生产率。 3、塑性成形的典型工艺 一次成形（轧制、拉拔、挤压） 体积成形 塑性成型 分离成形（落料、冲孔） 板料成形 变形成形（拉深、翻边、张形） 第二章金属塑性成形的物理基础 1、冷塑性成形 晶内：滑移和孪晶（滑移为主）滑移性能（面心>体心>密排六方） 晶间：转动和滑动 滑移的方向：原子密度最大的方向。 塑性变形的特点： ① 各晶粒变形的不同时性； ② 各晶粒变形的相互协调性； ③ 晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。 合金使塑性下降。 2、热塑性成形 软化方式可分为以下几种：动态回复，动态再结晶，静态回复，静态再结晶等。 金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移，晶内孪生，晶界滑移和扩散蠕变等。 3、金属的塑性 金属塑性表示方法：延伸率、断面收缩率、最大压缩率、扭转角（或扭转数） 塑性指标实验：拉伸试验、镦粗试验、扭转试验、杯突试验。 非金属的影响：P冷脆性 S、O 热脆性 N 蓝脆性 H 氢脆 应力状态的影响：三相应力状态塑性好。 超塑性工艺方法：细晶超塑性、相变超塑性 第三章金属塑性成形的力学基础 第一节应力分析 1、塑性力学基本假设：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。
金属塑性加工习题
绪论 0-1 请选择你生活学习中所接触的五种物品，写一篇约五千字的调研笔记，调查其从原料到该物品制造的全过程，运用你所学的知识分析制造这些物品所涉及的学科知识。 第一章应力分析与应变分析 1-1 塑性加工的外力有哪些类型？ 1-2 内力的物理本质是什么？诱发内力的因素有哪些？ 1-3 何谓应力、全应力、正应力与切应力？塑性力学上应力的正、负号是如何规定的？ 1-4 何谓应力特征方程、应力不变量？ 1-5何谓主切应力、八面体应力和等效应力？它们在塑性加工上有何意义？ 1-6 何谓应力张量和张量分解方程？它有何意义？ 1-7 应力不变量（含应力偏张量不变量）有何物理意义？ 1-8 塑性变形的力学方程有哪几种？其力学意义和作用如何？ 1-9 锻造、轧制、挤压和拉拔的主力学图属何种类型？ 1-10变形与位移有何关系？何谓全量应变、增量应变？它们有何联系和区别？ 1-11简述塑性变形体积不变条件的力学意义。 1-12何谓变形速度？它们与工具速度、金属质点运动速度有何区别和联系？ 1-13何谓变形力学图？如何根据主应力图确定塑性变形的类型？ 1-14锻造、轧制、挤压和拉拔的变形力学图属何种类型？ 1-15塑性加工时的变形程度有哪几种表示方法？各有何特点？ 1-16已知一点的应力状态MPa，试求该应力空间中 的斜截面上的正应力和切应力为多少？ 1-17现用电阻应变仪测得平面应力状态下与x轴成0°，45°，90°角方向上的应力值分别为，试问该平面上的主应力各为多少？ 1-18 试证明： （1）
（2） 1-19 一圆形薄壁管，平均半径为R，壁厚为t，二端受拉力P及扭矩M的作用，试求三个主应力 的大小与方向。 1-20 两端封闭的薄壁圆管。受轴向拉力P，扭矩M，内压力ρ作用，试求圆管柱面上一点的主应力 的大小与方向。其中管平均半径为R，壁厚为t，管长为l。 1-21已知平面应变状态下，变形体某点的位移函数为， ，试求该点的应奕分量，并求出主应变的大小与方向。 1-22 为测量平面应变下应变分量将三片应变片贴在与x轴成0°，60°，120°夹角的方向上，测得它们的应变值分别为。试求以及主应变的大小与方向。 1-23 已知圆盘平锤均匀压缩时，质点的位移速度场为，，，其中 为全锤头压下速度，h为圆盘厚度。试求应变速度张量。 1-24 一长为l的圆形薄壁管，平均半径为R，在两端受拉力P，扭矩M作用后，管子的长度变成l1，两端的相对扭转角为，假设材料为不可压缩的。在小变形条件下给出等效应变与洛德参数的表达式。1-25某轧钢厂在三机架连轧机列上生产h×b×l=1.92×500×100,000mm的A3带钢产品（见图1-14），第1、3机架上的压下率为20%，第2机架上为25%，若整个轧制过程中带材的宽度b保持不变，试求带钢在该连轧机列上的总压下量及每机架前后带钢的尺寸为多少？ 图1-25 三机架连轧机列示意图 第二章金属塑性变形的物性方程
材基第三章习题及答案剖析
第三章 作业与习题的解答 一、作业： 2、纯铁的空位形成能为105 kJ/mol 。将纯铁加热到850℃后激冷至室温（20℃），假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。(e 31.8=6.8X1013） 6、如图2-56，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。 （1）分析该位错环各段位错的结构类型。 （2）求各段位错线所受的力的大小及方向。 （3）在τ的作用下，该位错环将如何运动？ （4）在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定 不动，其最小半径应为多大？ 解： （2）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂 直。 （3）右手法则（P95）：（注意：大拇指向下，P90图3.8中位错环ABCD 的箭头应是向内，即 是位错环压缩）向外扩展（环扩大）。 如果上下分切应力方向转动180度，则位错环压缩。
(4) P103-104： 2sin 2d ?τd T s b = θRd s =d ； 2/sin 2 θ?d d = ∴ τ ττkGb b kGb b T R ===2 注：k 取0.5时，为P104中式3.19得出的结果。 7、在面心立方晶体中，把两个平行且同号的单位螺型位错从相距100nm 推进到3nm 时需要用多少功（已知晶体点阵常数a=0.3nm,G=7﹡1010Pa ）？ (3100210032ln 22ππGb dr w r Gb == ?； 1.8X10-9J ） 8、在简单立方晶体的（100）面上有一个b=a[001]的螺位错。如果它(a)被（001）面上b=a[010]的刃位错交割。(b)被（001）面上b=a[100]的螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？ （（a ）：见P98图3.21， NN ′在（100）面内，为扭折，刃型位错；(b)图3.22，NN ′垂直（100）面，为割阶，刃型位错） 9、一个]101[2-=a b 的螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中遇到障碍物而发生交滑移，请指出交滑移系统。 对FCC 结构：（1 1 -1）或写为（-1 -1 1） 10、面心立方晶体中，在（111）面上的单位位错]101[2-=a b ，在（111） 面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出：
金属塑性成形综述
金属塑性成形 摘要：金属塑性成形技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本，最古老，亦是极重要的加工手段之一。文章主要对塑性成形的基本方法、主要研究内容，发展趋势做了综合介绍。 一、引言 塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点,已成为当今先进制造技术的重要发展方向。据国际生产技术协会预测,21世纪,机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。【1】 在现代制造技术中，人们广泛的利用金属材料生产各种零件和产品。金属加工方法多种多样，包括成型、切削等。金属塑性成形是其中一种重要的加工方法，是利用金属在外力作用下产生的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，因此也称为金属塑性加工或金属压力加工。 图1 传统金属塑性成形工艺 二、金属塑性成形的主要形式 金属塑性成形工艺的种类有很多，包括轧制、挤压、拉拔、锻造和冲压等基本工艺类型。随着技术的发展，也有很多新的成型方式出现，它们具备精密、高效、节能、节材、清洁等优点，得到广泛关注。
2.1 体积成型 金属体积成型是指对金属块料、棒料或厚板在高温或室温下进行成形加工的方法，主要分为热态金属体积成型和冷温态金属体积成型。热态金属变形过程可分为热锻、轧制、挤压、拉拔、辗压等工艺技术；冷温态变形过程可分为冷锻、冷精轧、冷挤压、冷拔、冷辗扩等工艺。 2.2 板材成型 所谓板材成型是指用板材、薄壁管、薄型材等作为原材料进行塑性加工的成形方法。在忽略板厚的变化时，可视为平面变形问题来处理，板材成型可分为:冲裁、弯曲、拉延、胀形、翻边、扩孔、辊压等工艺技术。 2.3 粉末态金属成形 随着制粉技术的发展，其应用领域不断扩展，对于复杂形状的机械零件来说，它具有高效、精密成形的特点，但成本较高，机械性能不如整体金属材料。粉末态金属成形的工艺过程为制粉、造型、压实、烧结、精锻。 2.4半固态金属材料成形 70年代开发研究的新技术，原金属材料作过特殊前处理，当材料加热到一定温度时可使30%的金属材料处于融溶状态，其余70%的金属材料呈均匀细颗粒组织的固态。在此状态加压变形，其流动性特好，可成形结构形状特别复杂的零件，而变形杭力很小。 2.5 复合成形技术 现代的科学越来越相互交叉、渗透，出现许多边缘学科、交叉学科一样，材料成形技术也逐渐突破原有铸、锻、焊、粉末冶金等技术相互独立的格局，相互融合、渗透，产生了种类繁多的“复合成形技术”。【2】金属塑性的复合成型技术主要有两个方面 （1）各种成形工艺的组合优化达到优化工艺和产品的目的。 （2）铸、锻、焊、热处理等不同加工方法的组合。 三、金属塑性成形技术主要研究内容 由于压力加工中,少、无切屑的特点和精密加工技术的发展,使金属塑性成型理论的研究受到日益广泛的重视而进入工程应用的前列.一般认为,研究金属塑性科学的历史开始于Tresa在1864年提出的屈服准则,至今不过100多年,而
金属塑性成形原理习题集
金属塑性成形原理习题 集 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】
《金属塑性成形原理》习题 集 运新兵编 模具培训中心 二OO九年四月
第一章 金属的塑性和塑性变形 1．什么是金属的塑性什么是变形抗力 2．简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。如何提高金 属的塑性 3．什么是附加应力 附加应力分几类试分析在凸形轧辊间轧制矩形板坯时产生的附加 应力 4．什么是最小阻力定律最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义 5．塑性成形时，影响金属变形和流动的因素有哪些各产生什么影响 6．为什么说塑性成形时金属的变形都是不均匀的不均匀变形会产生什么后果 7．什么是残余应力残余应力有哪几类会产生什么后果如何消除工件中的残余应力 8．摩擦在金属塑性成形中有哪些消极和积极的作用塑性成形中的摩擦有什么特点 9．塑性成形中的摩擦机理是什么 10． 塑性成形时接触面上的摩擦条件有哪几种各适用于什么情况 11． 塑性成形中对润滑剂有何要求 12． 塑性成形中常用的液体润滑剂和固体润滑剂各有哪些石墨和二硫化钼 如何起 润滑作用 第二章 应力应变分析 1．什么是求和约定张量有哪些基本性质 2．什么是点的应力状态表示点的应力状态有哪些方法 3．什么是应力张量、应力球张量、应力偏张量和应力张量不变量 4．什么是主应力、主剪应力、八面体应力 5．什么是等效应力有何物理意义 6．什么是平面应力状态、平面应变的应力状态 7．什么是点的应变状态如何表示点的应变状态 8．什么是应变球张量、应变偏张量和应变张量不变量 9．什么是主应变、主剪应变、八面体应变和等效应变 10． 说明应变偏张量和应变球张量的物理意义 11． 塑性变形时应变张量和应变偏张量有和关系其原因何在 12． 平面应变状态和轴对称状态各有什么特点 13． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=30758075050805050ij σ，试求方向余弦为21==m l ，2 1=n 的斜面上的全应力、正应力和剪应力。 14． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=10010010010010ij σ，求其主应力、主剪应力、八面体应力、应力球张量及应力偏张量。 15． 设某物体内的应力场为 试求系数1C 、2C 、3C 。
DEFORM锻压模拟基本过程
DEFORM在锻造模拟的基本过程 一软件简介 DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员：设计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场试验成本。提高工模具设计效率，降低生产和材料成本。缩短新产品的研究开发周期。 金属塑性成形技术室现代制造业中金属加工的重要方法之一，它是金属在模具的外力作用下发生塑性变形，并被加工成棒材，板材，棺材以及各类机器零件，构件或日用器具的技术。 二下面以锻压为例来说明DEFORM在金属塑性成形的基本过程 1 导入毛坯几何文件并设置坯料基本属性 对于那些非刚性材料和考虑传热影响的刚体材料，必须按需要设置材料的属性。物体名默认Workpiece不变，物体类型采用默认的塑性体，温度默认为常温不改变。在前处理窗口中，选择材料库中的Steel->AISI-1045， COLD[70F(20C)]。对导入的几何体进行几何检查，只有质量符合的图形才能划分网格并计算。 2 进行网格的划分与重划分 网格划分太大会降低模拟精确度，网格划分太小可提高模拟准确性，但模拟时间增加，降低了效率。所以选择合适的网格划分方式和网格划分大小很重要。在这里网格划分数目选择默认的8000，如图表1。 3 导入上模文件与下模文件并分别设置运动参数（如图表2） 4 设置其他模拟参数、定义接触关系并检查生成的数据库文件 设置模拟步数为20，除非模拟意外终止，否则程序将运行至20步。设置存储增量为2，每两步保存一次，避免每步都保存，造成数据文件过大。设置With Constant DieDisplement为0.13，每步进行0.13in的计算。因为是冷锻，摩擦因数系统会设为0.12。有限元分析引擎把模拟计算的结果写在数据库文件中，该文件在前处理环节中产生，此时一些模拟信息（如材料属性、运动控制参数等）会被写入该文件。 5 模拟锻造过程与后处理。 锻造的实际生产过程是非常快的，但用deform软件可以提取任意时间段的变形情况。为了解变形情况，在塑性体上选择三点（如图表3），查看其载荷行程曲线如图表4。在实际生产过程中，下料的多少直接决定了最后锻件的飞边有无与多少。根据Pro/E设计的零件毛坯重量与模具的型腔尺寸，可得出所需方体的长宽高。若下的料质量不足，将会出现充型不完全，得不到完整的零件；若下的料过大，零件的飞边就会很大，甚至使模具胀开，不能完全闭合，从而使零件尺寸发生变化。所以有适当的飞边才能保证零件的质量 下面是
材料科学基础重点总结 2 空位与位错
第2章晶体缺陷 晶体缺陷 实际晶体中某些局部区域，原子排列是紊乱、不规则的，这些原子排列规则性受到严重破坏的区域统称为“晶体缺陷”。 晶体缺陷分类： 1)点缺陷：如空位、间隙原子和置换原子等。 2)线缺陷：主要是位错。 3)面缺陷：如晶界、相界、层错和表面等。 2.1 点缺陷 空位——晶体中某结点上的原子空缺了，则称为空位。 点缺陷的形成： 肖特基空位：脱位原子迁移到晶体表面或者内表面的正常结点位置，从而使晶体内部留下空位，这样的空位称为肖特基(Schottky)空位。（内部原子迁移到表面） 肖特基(Schottky)空位弗仑克耳(Frenkel)空位 弗仑克耳空位：脱位原子挤入点阵空隙，从而在晶体中形成数目相等的空位和间隙原子，称为弗仑克耳(Frenkel)空位。（由正常位置迁移到间隙） 外来原子： 外来原子也可视为晶体的点缺陷，导致周围晶格的畸变。 外来原子挤入晶格间隙（间隙原子），或置换晶格中的某些结点（置换原子）。
空位的热力学分析：空位是由原子的热运动产生的，晶体中的原子以其平衡位置为中心不停地振动。对于某单个原子而言，其振动能量也是瞬息万变的，在某瞬间原子的能量高到足以克服周围原子的束缚，离开其平衡位置从而形成空位。空位是热力学稳定的缺陷 点缺陷的平衡浓度 系统自由能F=U- TS (U为内能，S为总熵值，T为绝对温度) 平衡机理：实际上为两个矛盾因素的平衡 a 点缺陷导致弹性畸变使晶体内能U增加，使自由能增加，降低热力学稳定性 b 使晶体中原子排列混乱度增加，熵S增加，使自由能降低，增加降低热力学稳定性 熵的变化包括两部分： ①空位改变它周围原子的振动引起振动熵，Sf。 ②空位在晶体点阵中的存在使体系的排列方式大大增加，出现许多不同的几何组态，使组态熵Sc增加。 空位浓度，是指晶体中空位总数和结点总数(原子总数)的比值。 随晶体中空位数目n的增多，自由能先逐渐降低，然后又逐渐增高，这样体系中在一定温度下存在一个平衡空位浓度，在平衡浓度下，体系的自由能最低。 （如图） 平衡浓度计算: C = A?exp[-Qf / (RT)] 式中C为温度T时平衡空位浓度；A=exp(ΔSf /k) 是由振动熵决定的系数，约为1~10 ,其值常取1；Qf =NA?Ev为形成1摩尔空位所需做的功，单位J/mol。T为体系所处的热力学温度；R=kNA为气体常数，约为8.31 J /（mol?K）。 温度升高，空位平衡浓度增大; 空位形成能Ev大，空位平衡浓度小。
DEFORM_2D和DEFORM_3DCAE软件在模拟金属塑性变形过程中的应用
文章编号:1001-4934(2000)03-0075-06 DEFORM-2D和DEFORM-3D CAE软件在模拟金属塑性变形过程中的应用 林新波 (上海交通大学塑性成形工程系,上海 200030) 摘 要:介绍了塑性变形有限元分析软件DEFORM的模块结构,并通过实例分析介 绍了此软件在应力、应变分布、载荷计算、点的跟踪、模具填充、缺陷分析和缺陷预防 等方面的应用。 关键词:DEFORM软件;有限元分析;塑性变形 中图分类号:TG113.25+3 文献标识码:A Abstract:In this paper,the m odule structure of DEFORM is described sim ply.S ome typical applications are analyzed to dem onstrate the feasibility of DEFORM in simulating metal plastic deformation such as the distribution of effective stress and effective strain,calculation of load2 stroke,tracing of point,fill of m ould,analysis and prevention of defect. K ey w ords:DEFORM s oftware;FE M analysis;plastic deformation 0 引言 最近几年,随着计算科学的快速发展和有限元技术应用的日益成熟,C AE技术模拟分析金属在塑性变形过程中的流动规律在现实生产中得到愈来愈广泛的应用。C AE技术的成功运用,不仅大大缩短了模具和新产品的开发周期,降低了生产成本,提高企业的市场竞争能力,而且有利于将有限元分析法和传统的实验方法结合起来,从而推动模具现代制造业的快速发展。 1 DEFORM系统简介 DEFORM(Design environment for forming)是由美国Battelle C olumbus实验室在八十年代早期着手开发的一套有限元分析软件。早期的DEFORM-2D软件只能局限于分析等温变形的平面问题或者轴对称问题。随着有限元技术的日益成熟,DEFORM软件也在不断发展完善,目前,DEFORM软件已经能够成功用于分析考虑热力耦和的非等温变形问题和三维变形(DE2 FORM-3D),此外,DEFORM软件可视化的操作界面以及强大而完善的网格自动再划分技术,都使DEFORM这一商业化软件在现代工业生产中变得愈来愈实用而可靠。 收稿日期:1999-06-16 作者简介:林新波(1973～),男,硕士研究生。
位错期末考试
一、解释概念（3×5=15分） 1.空位：晶格中某格点上的原子空缺了，则称为空位，这是晶体中最重要的点缺陷。脱位原子有可能挤入格点的间隙位置， 形成间隙原子。 2.刃型位错：有一多余半原子面，好象一把刀插入晶体中，使半原子面上下两部分晶体之间产生了原子错排，称为刃型位 错。其半原子面与滑移面的交线为刃型位错线。。 3.螺型位错：晶体沿某条线发生上下两部分或左右两部分错排，在位错线附近两部分原子是按螺旋形排列的，所以把这种 位错称为螺型位错。 4.攀移：刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称作攀移。通常把多余半原子面向上运动称为正攀移，向下运动称为负攀移。 攀移可视为半原子面的伸长或缩短，可通过物质迁移即空位或原子扩散来实现。 5.割阶：一个运动的位错线特别是在受到阻碍的情况下，有可能通过其中一部分线段首先进行滑移。若该曲折线段垂直于 位错的滑移面时，称为割阶 6.层错：实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序遭到破坏和错排，称为堆垛层错，简称层错。 7.晶界：属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界。 8.扭折：一个运动的位错线特别是在受到阻碍的情况下，有可能通过其中一部分线段首先进行滑移。若由此形成的曲折在 位错的滑移面上时，称为扭折。 9.柏氏矢量：用来表征位错特征，揭示位错本质的物理量。其大小表示位错的强度，方向及与位错线的关系表示位错的正 负及类型。 10.扩展位错：通常把一个全位错分解成两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的位错组态称为扩展位错。
11.科垂尔气团：围绕刃型位错形成的溶质原子聚集物，通常阻碍位错运动，产生固溶强化效果。 12.面角位错：在FCC晶体中形成于两个{111}面的夹角上，由三个不全位错和两个层错构成的不能运动的位错组态。 二、填空（1×15＝15分） 1.螺位错的滑移矢量与位错线________，凡是包含位错线的平面都可以作为它的滑移面。但实际上，滑移通常是在那些 原子________面上进行。 2.两柏氏矢量相互垂直的刃型与螺型位错相交，会在刃型位错上形成________，在螺型位错上形成________。 3.柏氏矢量的大小，即位错强度。同一晶体中，柏氏矢量愈大，表明该位错导致的点阵畸变________，它所处的能量也 ________。由P—N力公式可知，使位错移动的临界切应力随a/b增加而________，所以滑移通常发生在________面的________方向上。 4.两柏氏矢量相互平行的刃型位错交割，会分别在两刃型位错上形成________，而两柏氏矢量相互垂直的刃型位错交割， 会在其中的一个刃型位错上形成________。 5.面心立方、体心立方和密排六方晶体的堆垛形式分别为沿(110)密排面的________、沿滑移面的________、沿 (0001)密排面的________。 6.在实际晶体中，从任一原子出发，围绕位错以一定的步数作一闭合回路，称为________；在完整晶体中按同样的方向 和步数作相同的回路，该回路________，由________点到________点引一矢量，使该回路闭合，这个矢量称为实际晶体中的柏氏矢量。 7.面心立方晶体的密排方向为________，其单位位错的柏氏矢量为________；体心立方晶体密排方向为________，单位 位错柏氏矢量为________。密排六方晶体的密排方向为________，单位位错为________。