联合使用Patran和WARP3D软件对材料变形及断裂过程进行分析

联合使用Pa tran和W ARP3D软件

对材料变形及断裂过程进行分析

朱智军,荆洪阳,张　凯,霍立兴

(天津大学材料学院材料加工及自动化系,天津300072)

摘　要:介绍了一种用计算机分析和模拟韧性断裂的新方法,通过将Patran软件与WARP3D 软件进行接口,使得运算效率大大提高。由于在WARP3D中可以对材料的特性进行选择,这样就可以应用各种数值模拟模型来分析韧性断裂过程,因而在增加计算速度的同时,模拟及预测的精度有了很大的提高。通过两个应用实例,使得这一分析计算过程变得更加的直观。

关键词:MSC.Patran软件;WARP3D软件;材料变形;材料断裂;模拟

中图分类号:TP311.56　文献标识码:A　文章编号:1001-3938(2005)01-0028-04

0　前　言

对于材料的变形及韧性断裂过程,国内外有关专家提出了很多分析模型,随着计算机的应用及功能的完善,对材料变形和断裂过程的模拟及预测的精度也越来越高。

MSC.Patran软件提供了一系列强大的几何造型和编辑功能,而且能与众多的软件接口。WARP3D具有很强的计算能力,与Patran联合可以大大提高计算效率和预测精度,再基于各种数值模拟模型对材料特性进行定义,可使预测情况与实际变化及断裂过程更加吻合。

1　Pa tran/W ARP3D软件及其接口

1.1　MSC.Patran软件[1]

MSC.Patran是MSC.Soft w are公司于1980年前后开发的,是在美国国家宇航局NAS A的资助下,孕育并完善的并行框架式有限元前后处理机分析仿真系统,其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化设计和交互图形界面等集于一身,构成一个完整的CAE集成环境。

MSC.Patran作为一个优秀的前后置处理器,具有高度的集成能力和良好的适用性:

(1)软件功能齐全　MSC.Patran不仅提供了一系列强大的几何造型和编辑功能,而且提供了功能全面、方便灵活的可满足各种分析精度要求的复杂有限元的建模功能。它不但可以编辑读入的CAD几何图形,并对其划分有限元网格,而且可以独立创建各种复杂的几何模型。统一的菜单形式提供了许多功能:如支持点、曲线、曲面、实体等几何要素;多种生成选项,如平移、拷贝、比例缩放、复杂要素分解为简单要素等;还包含了曲线、曲面合并功能;任意的局部坐标系设定选项、重心、形心、转动惯量等几何模型的质量和几何特性的计算。

(2)网格划分技术全面　MSC.Patran以其综合、全面、先进的网格划分技术,为用户根据不同的几何模型提供了多种不同的生成和定义有限元模型工具,包括多种网格划分器,如快速曲面网格划分器、自动实体单元网格划分器、可靠的映射网格划分器、扫描网格生成器等等。此外它还包括了有限元模型的编辑和处理、单元设定、任意梁截面建模、边界和载荷定义以及交互式计算结果后处理。

(3)软件接口方便　MSC.Patran提供了众多的软件接口,将世界上大部分著名的不同类型分析软件和技术集于一体,为用户提供一个公共的环境,可以使用户不必担心不同软件之间的兼容

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8

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?焊管?第28卷第1期?2005年1月

问题,在其它软件中建立的模型在MSC.Patran中仍然可以正常使用,非常灵活。此外用户也可以根据多种类型的仿真结果对产品的整体设计给出正确判断,进行相应改进,大大提高了工作效率。

(4)分析结果直观　MSC.Patran提供了多种计算分析结果可视化工具,可直观清楚地显示出结构在载荷作用下复杂的行为,如结构受力、变形、温度场、疲劳寿命、流体流动等。分析的结果同时还可以与其他有限元程序联合使用。

1.2　WARP3D软件[2]

WARP3D是一种计算大型3D模型的后处理软件,作用在其模型上的载荷可以为静态也可以为动态。在计算和处理延性断裂过程的问题时,优点更为突出。如:应变表达式的简化,计算中J 积分的应用(尤其对于在惯性下,面载荷或温度载荷下的各向异性材料),在裂纹扩展过程中3D 单元的消失,节点的释放,粘着的接触面上单元的变化。对于含有空穴的非线性材料进行分析时,可采用粘塑性模型或Gurs on-Tvergaard模型,计算过程中使用快速迭代方法等。

在用WARP3D进行模型计算时,用户可以根据实际需要对材料的特性进行定义,WARP3D也提供了很多可以参考的特性,如:设置材料为线弹性均质材料,塑性材料,满足M ises模型的材料,满足G-T模型的材料等等。

WARP3D具有强大的计算能力,它不仅可以在一台计算机上对一个系列的模型进行单步计算,而且可以在多台计算机上对并行的多个模型进行多步计算。这种并行计算模式不仅应用于少数共享的计算之间,也可以应用在工作站的网络之中。WARP3D以其高效性和方便性,广泛应用在工业生产计算中。

1.3　Patran/WARP3D(P/W)接口[2]

Patran与WARP3D之间数据流和文件的转换过程如图1所示,整个过程构成一个循环模式。模型选定之后,在Patran中建立交互式的几何模型或者有限元模型,其结果以“Neutral file”的形式输出。此时的文件并不能直接被WARP3D解读,需要经过Pat w ar p程序进行转换从而得到可被WARP3D识别的文件。然后使用者可以对文件进行编辑,加入材料特性,载荷步等条件,并可以控制文件的输出内容及格式。WARP3D的结果可以包含某一载荷步下的节点或单元的位移、应力、应变、作用力等等,而且格式也可以为标准形或非标准形(二进制格式)。WARP3D的结果文件可以直接读取进行整理也可以输入到Patran 进行可视化显示

。

图1　Pa tran与W ARP3D之间数据流和文件的转换过程

2　用P/W软件对韧性材料变化及断裂过程模拟的实例

2.1　带裂纹的方形试件

在这个例子中研究对象是一个简单的方形对称试件,试件中部有两个方形孔,孔的内侧分别预制一条裂纹,使得在载荷的作用下,裂纹相向扩展,并最后连接。试件所受载荷作用在试件的上下两个表面上,在Patran中建立带裂纹的方形试件模型如图2所示

。

图2　带裂纹的方形试件模型

在Patran中选择输出模型文件(3.out格式),即Neutral文件,并用Pat w ar p程序转换成WARP3D可识别并读入的文件,这样就可以根据用户需要在文件中对材料的性质进行定义,设定输出文件内容及格式。在这个例子中采用的材料

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2

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　第28卷第1期 朱智军等:联合使用Patran和WARP3D软件对材料变形及断裂过程进行分析

特性是:

p r operties bilinear e 30000nu 0.3yld _p t 58。其

中:e 为弹性模量,E =30000ksi;nu 为泊松比,ν=0.3;yld_p t 为屈服应力,R t 0.5=58ksi 。输出的

内容和格式定为:out put patran neutral

out put patran binary/for matted dis p lace ments

stresses strains reacti on f orces

out put patran binary/for matted ele ment stresses

strains reacti on f orces

其分别为标准格式(for matted )和非标准格式(bi 2nary )下的节点和单元(ele mant )的位移(dis p lace 2ments )、应力(stresses )、应变(strains )、作用力(reacti on f orces )以及Patran 模型文件(patran neu 2tral )。在对文件进行补充和修改之后,便可以应

用WARP3D 软件进行计算,得出的文件一方面可以进行人工处理,搜集所需要的数据进行整理,另一方面还可以返回到Patran 中进行可视化处理,使得结果更加直观。计算后所得的位移、应力-应变结果在Patran 中的云纹图或位移图如图3和图4所示。

在计算过程中随着裂纹的扩展,

裂纹尖端的

图3　Pa tran

中的位移云纹图

图4　Pa tran 中的应力-应变分布云纹图

节点不断地进行释放,这就使得计算过程中的存储空间不至于很大,有利于运算速度和精度的提高。

2.2　三点弯模型

在Patran 中间建立一个带缺口(视此缺口为初始裂纹)的单层平面应变三点弯模型。由于具有对称性,取模型的一半进行分析。其中材料尺寸宽W =2in,跨距span =8in,长B =0.001,初始裂纹与宽度的比值a /W =0.15。受力及拘束情况如图5所示,经网格划分之后,此时的模型包含有1568个节点,715个单元(8节点),其中60个Gurs on 单元,并且在计算过程中随着裂纹的扩

展,裂纹附近的单元逐渐消失,节点也随之不断释放

。

图5　单层平面应变三点弯模型

在这个实例中,对材料性质的定义为:material steel

p r operties m ises e 29000nu 0.3yld_p t 58.0n_power 10rho 0.0material void_stri p

p r operties gurs on e 29000nu 0.3yld_p t 58.0n_power 10f_00.005q11.25q21.0q31.5625rho 0.0killable e_n 0.4s_n 0.05f_n 0.50nuclea 2ti on

对于距离缺口(裂纹)较远处的材料单元,遵从material steel 定义的特性;对于缺口附近的材料单元则遵从material void_stri p 特性。其中M i 2ses 模型:e 为弹性模量,E =29000ksi;nu 为泊松

比,ν=0.3;n_power 为硬化指数,n =10;yld_p t

为屈服应力,R t 0.5=58ksi 。Gurs on -Tvergaard 模

型:D =200μm;f _0为空穴初期的体积,f 0=

?03?焊 管 2005年1月　

0.005;e_n 为空穴生成时的应变,εn =0

.4;f_n 为空穴生成时的体积,f n =0.50;s_n 为空穴生成时应力的标准偏差,s n =0.05。

将得到的结果文件输入到Patran 中进行显示,得出的云纹图或位移图如图6和图7所示

。

图6　Pa tran

中位移云纹图

图7　Pa tran 中应力-应变分布云纹图

WARP3D 的结果文件也可直接进行读取,通

过改变a /W 以及f 0值,得到一系列的结果,整理之后可以得到关于裂纹长度△a 与能量J 之间的关系。再与实验所得的结果进行对比(如图8所示),可以得出在模拟过程中参数取哪些值可以使结果与实际较为吻合,为以后更加精确的模拟提供依据。

3　结　论

(1)Patran 与WARP3D 联合进行模拟和

计

图8　裂纹长度△a 与能量J 之间的关系

算,发挥了两个软件的优势,提高了对韧性材料的变化和断裂过程的研究效率和预测精度。

(2)不仅在Patran 中建立的平面应变模型可

以进行计算,而且对于所建立的3-D 平面应力

-应变模型也可以与WARP3D 进行接口计算,使

得研究的对象更加多样化。WARP3D 中还提供了其它的许多材料特性的定义方法,如应力-应变曲线法、M ises 法等,这就使对韧性断裂过程的模拟更加接近实际。参考文献:

[1]刘兵山,黄聪.Patran 从入门到精通[M ].北京:中国水

利水电出版社,2003.

[2]Gurs on A L.Continuous theory of ductile rup ture by void

nucleati on and gr owth:Part I 2yield criteri on and fl ow rules f or por ous ductile M edia[J ].J Eng Mat Tech,1977(3):99.

[3]Tvergaard V.I nfluence of voids on shear band instabilities

under p lane strain conditi on[J ].I nt J Fract,1981(17):389.

[4]南二三吉. ー ≤ と遷移温度領域で

の破壞評価への应用[C ].社団法人溶接学会 ≈≤ 研究会,平成14年.

[5]Tvergaard and Needleman .Analysis of the cup 2cone frac 2

ture in a r ound tensile bar [J ].Acta metal,1984(32):157.

作者简介:朱智军(1978-),男,天津大学硕士研究生,研究方向为焊接结构强度及断裂。

收稿日期:2004-05-13

修改稿收稿日期:2004-09-16

编辑:谢淑霞

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13?　第28卷第1期 朱智军等:联合使用Patran 和WARP3D 软件对材料变形及断裂过程进行分析

Abstract I D :100123938(2005)01200222EA

M echan i ca l Properti es I nvesti ga ti on for Grade X 80L SAW P i pe

L IA i 2p ing,YI N Cheng 2xian,HE Xiao 2dong

Abstract:Each mechanical p r operties para meter obtained and its data analyzed thr ough investigati on t o mechanical p r operties test

of Grade X80high grade l ongitudinal sub merged arc welded p i pe .The investigati on indicates mechanical p r operties of ne w devel 2oped Grade X80p i peline steel has meet the require ment of AP I SPEC 5L,however the welding p r ocedure need further op ti m ize t o i m p r ove the i m pacting t oughness of weld sea m.

Key words:grade X80;l ongitudinal sub merged arc welded p i pe;mechanical p r operties Abstract I D :100123938(2005)01200252EA

Con trol Syste m of Full Positi on P i pe W eld i n g Un it w ith Narrow C learance

Z HANG Hua,Y U Q iang,ZHENG Guo 2yun,W E I Shun 2bao

Abstract:A full positi on aut omatic p i pe welding unit which is suitable for narr ow clearance girth welding is devel oped t o the leak burst repair p r oble m of boiler p i pe in electric power p lant .The p i pe welding unit adop ts P LC contr ol with both aut o matic welding and manual operati on .The compositi on of s oft w are and hard ware,contr ol strategy and p r ocedure test result of the welding syste m is mainly intr oduced .

Key words:P LC;girth weld;full positi on Abstract I D :100123938(2005)01200282EA

T O Ana lyze the M a ter i a l D istorti on and Fracture Process A ssoc i a ted w ith

Usi n g Pa tran and W ARP 3D Software

Z HU Zhi 2jun,J I N G Hong 2yang,ZHANG Kai,HUO L i 2xing

Abstract:A ne w method of analyzing and anal og t oughness fracture with computer is intr oduced and the operati on efficiency is

greatly i m p r oved thr ough interfaced Patran s oft w are with WARP3D s oft w are .Due t o the characteristic of material can be selected in WARP3D,vari ous data anal og matrix can be app lied t o analyze t oughness fracture p r ocess,therefore,si m ultaneously the calcu 2lati on s peed is increased and the accuracy of anal og and f orecast is greatly i m p r oved .These analyzing and calculati on p r ocesses become more intuiti onistic thr ough t w o app licati on exa mp les .Key words:M sc .patran s oft w are;war p3d s oft w are;material dist orti on;material fracture;anal og Abstract I D :100123938(2005)01200322EA

Absorber Techn i ca l Po i n t on W elded P i pe Producti on

DONG Xing 2hui,T ANG Chuan 2p ing

Key words:abs orber;welded p i pe;p r oducti on technol ogy;devel opment

Abstract I D :100123938(2005)01200342EA

Con trol Syste m of W elder Techn i ca l F ile Ba sed on M S Access

Z HU Zhi 2m ing,CHEN B ing 2sen,G AO L in

Abstract:T o adop t Computer and database technol ogy is t o realize effective pass of efficiency contr ol of welder technical file in

welding enter p rise .The welder technical file contr ol database syste m devel oped byM S Access include s ort me mory,maintenance,searches of data and collecti on and statistic of all technical data and inf or mati on,p rinting of related report for m s,etc .the interface of syste m is good and operati on and usage is convenience .

Key words:welder technical file;maintenance;searches;collecti on and statistic Abstract I D :100123938(2005)01200382EA

D evelop m en t Th i n k i n g of Sub m erged Arc W eld i n g M a ter i a l for H i gh Strength Steel i n

Ch i n a O il and Ga s P i peli n e ZHANG M in,Y AO Cheng 2wu

Abstract:The p r ogress of flux and wire devel oped in China f or oil and gas p i peline during The Eighth 2Five Years Plan is intr o 2

duced .The devel opment thinking of welding material above grade X80p i pe in China is discussed .The design thought of its devel 2opment phases and compositi ons is su mmarized .The adjusting r oom of existed welding material and the devel op ing trend is ana 2lyzed .

Key words:line p i pe steel;sub merged arc welding;wire;flux Abstract I D :100123938(2005)01200422EA

Products O r i en t a ti on and Equ i p m en t Rebu ild of Un it 600

J I A NG Chun 2m in

Abstract:The rebuild ne w p r oject of unit 600is raised with the correct orientati on for the Unit machining p r oducts .The p r oce 2

dure put f or ward t o achieve t w o type of p r ocedure in a unit and obtain the manufacture of welded rectangular p i pe after f or m ing .Unique feeding r oller with five type r ollers and f our r ollers universal stand with inserting type obtain the reas onable configurati on of p r ocess require ment .

Key words:p r oducts orientati on;high accuracy;comp lex fracture;welding after for m ing;five r oller type;inserting type f our r ollers

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76?　第28卷第1期 英文摘要

金属的塑性变形与再结晶-材料科学基础学习知识-实验-06

实验六金属的塑性变形与再结晶 （Plastic Deformation and Recrystallization of Metals）实验学时：2 实验类型：综合 前修课程名称：《材料科学导论》 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的 1．观察显微镜下变形孪晶与退火孪晶的特征； 2．了解金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化； 3．讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。 二、概述 1．显微镜下的滑移线与变形孪晶 金属受力超过弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为：滑移和孪晶两种。 所谓滑移，是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿滑移面运动）的结果。滑移后在滑移面两侧的晶体位向保持不变。 把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。变形后的显微组织是由许多滑移带（平行的黑线）所组成。

在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：① 各晶粒内滑移带的方向不同（因晶粒方位各不相同）；② 各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多（即变形量大），有的晶粒内滑移带少（即变形量小）；③ 在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象（在面心立方晶格情况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立即直接在显微镜下观察；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消失，观察不到。原因是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶，不是材料内部晶体结构的变化，样品制备过程会造成滑移带的消失。） 另一种变形的方式为孪晶。不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的一部分以一定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。 孪晶的结果是：孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。所以孪晶变形后，由于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。在密排六方结构的锌中，由于其滑移系少，则易以孪晶方式变形，在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的竹叶状特征。（注：孪晶是材料内部晶体结构上的变化，样品制备过程不会造成孪晶的消失。） 对体心立方结构的Fe -α，在常温时变形以滑移方式进行；而在0℃以下受冲击载荷时，则以孪晶方式变形；而面心立方结构大多是以滑移方式变形的。 2．变形程度对金属组织和性能的影响

金属材料与热处理第六版习题册答案

金属材料与热处理习题册答案 绪论 一、填空题 1、成分、组织、热处理、性能之间。 2、石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代、 人工合成材料时代。3、成分、热处理、性能、性能。 二、选择题： 1、A 2、B 3、C 三、简答题 1、掌握金属材料与热处理的相关知识对机械加工有什么现实意义？ 答：机械工人所使用的工具、刀夹、量具以及加工的零件大都是金属材料，所以了解金属材料与热处理后相关知识，对我们工作中正确合理地使用这些工具，根据材料特点正确合理地选择和刃磨刀具几何参数；选择适当的切削用量；正确选择改善零件工艺必能的方法都具有非常的现实意义。 2、如何学好《金属材料与热热处理》这门课程？ 答：在学习过程中，只要认真掌握重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定组织，组织决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和实验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。 第一章金属的结构和结晶 1-1金属的晶体结构 一、填空题 1、非晶体晶体晶体 2、体心立方面心立方密排立方体心立方面心立方密排立方 3、晶体缺陷点缺陷面缺陷 二、判断题 1、√ 2、√ 3、× 4、√ 三、选择题 1、A 2、C 3、C 四、名词解释 1、晶格与晶胞：P5 答：将原子简化为一个质点，再用假想的线将它们连接起来，这样就形成了一个能反映原子排列规律的空间格架，称为晶格；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。 3、单晶体与多晶体 答：只由一个晶粒组成称为单晶格，多晶格是由很多大小，外形和晶格排列方向均不相同的小晶格组成的。 五、简答题书P6 □ 1-2纯金属的结晶 一、填空题

金属塑性变形与断裂

金属塑性变形与断裂集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

金属材料塑性变形与断裂的关系 摘要：金属的断裂是指金属材料在变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态。材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部变形量超过一定限度时，原于间结合力遭受破坏，使其出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。任何断裂都是由裂纹形成和裂纹扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。 关键词：塑性变形解理断裂准解理断裂沿晶断裂冷脆疲劳应力腐蚀 氢脆高温断裂 一、解理断裂与塑变的关系 解理断裂在主应力作用下，材料由于原子键的破断而产生的沿着某一晶面的快速破断过程。解理断裂的的产生条件是位错滑移必须遇到阻力，且位错滑移聚集到一定程度。断裂面沿一定的晶面发生，这个平面叫做解理面。解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。形成过程有两种方式：通过解理裂纹与螺型位错相交形成；通过二次解理或撕裂形成。 第一种，当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个台阶，裂纹继续向前扩展，与许多螺型位错相交便形成众多台阶，他们沿裂纹前端滑动而相互交汇，同号台阶相互汇合长大，异号台阶相互抵消，当汇合台阶足够大的时候便在电镜下观察为河流状花样。

第二种，二次解理是指在解理裂纹扩展的两个互相平行解理面间距较小时产生的，但若解理裂纹的上下两个面间距远大于一个原子间距时，两解理裂纹之间的金属会产生较大的塑性变形，结果由于塑性撕裂而形成台阶，称为撕裂棱晶界。舌状花样是由于解理裂纹沿孪晶界扩散留下的舌头状凹坑或凸台。 从宏观上看，解理断裂没有塑性变形，但从微观上看解理裂纹是以塑性变形为先导的，尽管变形量很小。解理断裂是塑性变形严重受阻，应力集中非常严重的一种断裂。 二、准解理断裂与塑变的关系 准解理断裂介于解理断裂和韧窝断裂之间，它是两种机制的混合。产生原因： （1）、从材料方面考虑，必为淬火加低温回火的组织，回火温度低，易产生此类断裂。 （2）、构件的工作温度与钢材的脆性转折温度基本相同。 （3）、构件的薄弱环节处处于平面应变状态。 （4）、材料的尺寸比较粗大。 （5）、回火马氏体组织的缺陷，如碳化物在回火时的定向析出。 准解理断裂往往开始是因为碳化物，析出物或者夹杂物在外力作用下产生裂纹，然后沿某一晶面解理扩展，之后以塑性变形方式撕裂，其断裂面上显现有较大的塑性变形，特征是断口上存在由于几个地方的小裂纹分别扩展相遇发生塑性撕裂而形成的撕裂岭。准解理断裂面不是一

第八章 材料的变形和断裂

名词解释 （1）加工硬化（变形强化）：当金属外加应力超过屈服强度后，随着变形程度的增加，变形的抗力也增加，要继续变形，必须增加外力，这种现象就叫加工硬化。 （2）颈缩：当应力达到抗拉强度时，试样不在均匀伸长，而是试样局部地方截面开始变细。 （3）位错宽度： （4）孪晶变形：晶体在切应力作用下沿着一定的晶面和晶向，在一个区域内发生连续顺序的切变，变形导致这部分的晶体取向改变了。 （5）多滑移：在多个滑移系上同时或交替进行的滑移。 （6）交滑移：晶体在两个或者多个滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。 （7）发生多系滑移时，在两个相交滑移面上运动的位错必然会互相交截，原来一直线位错经过交截后就会出现弯折部分，如果弯折部分仍在滑移面上，就叫扭折，若弯折部分不再滑移面上，就叫割阶。 （8）派纳力：在理想晶体中位错在点阵周期场中运动时所需克服的阻力 （9）纤维组织：金属经过冷变形后，等轴状晶粒沿受力方向拉长，其中的夹杂物或者第二相也随之拉长。 （10）形变织构：金属在形变时，晶体的滑移面会移动，使滑移层逐渐转向与拉力轴平行。 原来的各个晶粒是任意取向的，现在由于晶粒的转动使各个晶粒的取向趋于一致，这就形成了晶体的择优取向。 （11）回复：在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶体某些变化。 （12）再结晶：冷变形金属由拉长的变形晶粒生成无畸变的新的等轴晶粒的过程。（13）二次再结晶： （14）热变形：金属在再结晶温度以上的加工变形。 （15）蠕变：材料在高温下的变形不仅与应力有关，而且和应力作用的时间有关。（16）应变时效：低碳钢经过少量预变形后，如果去载后立即再行加载则不会出现明显的屈服平台；若在室温下放置一较长的时间或在低温下经过短时加热后在进行拉伸试验，则屈服点又复出现，且屈服应力提高。 （17）第二相强化：当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将会产生显著的强化作用。 （18）固溶强化：合金在形成单向固溶体后，变形时的临界切应力都高于纯金属，这叫做固溶强化。 （19）再结晶后晶粒的大小由变形度和退火温度决定。 （20）回复和再结晶的驱动力是弹性畸变能，晶粒长大的驱动力是自身界面能。 填空 （1）位错宽度越窄，界面能越小，弹性畸变能越高，位错运动需克服的能垒越大，位错越难运动，派纳力越大。 （2）位错宽度主要取决于结合键的本性和晶体结构。 （3）位错只有沿着原子排列最紧密的面及原子密排方向上运动，派纳力才最小。面心立方金属和沿几何面（0001）滑移的密排六方金属，派纳力最小。 （4）最容易发生交滑移的是体心立方结构。 （5）任意两种类型位错相互交割时，只要形成割阶，一定为刃型割阶，割阶的大小和方向取决于穿过位错的柏氏矢量。 （6）固溶强化，两者原子的尺寸差别越大，溶解度越小，强化效果越大。

第六章材料的塑性变形与再结晶

何谓滑移和孪生 滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向发生滑动 孪生：晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向作均匀切变 指出三种典型结构金属晶体的滑移面和滑移方向 1. 面心立方金属：密排面{}111密排晶向1101234=?个滑移系，塑性较好 2. 体心立方金属：密排面{}110密排晶向1111226=?个滑移系，塑性较好 3. 密排六方金属：室温时{}0001密排晶向2011331=?塑性较差 并比较其滑移难易程度 1. 当其他条件相同时，金属晶体中的滑移系越多，则滑移时可供采用的空间位 向也多，塑性也越好 2. 面心立方晶格的金属晶体的滑移系为12个，密排立方结构的金属晶体的滑移 系为3个()2011,0001，所以面心立方晶格的金属晶体更易发生滑移 3. 从此可以看出，面心立方和体心立方金属的塑性较好，而密排六方金属的塑 性较差 4. 金属塑性的好坏，不只是取决于滑移系的多少，还与滑移面上原子的密排程 度和滑移方向的数目有关 5. 例如Fe -α，它的滑移方向不及面心立方金属多，其滑移面上原子密排程度 也比面心立方金属低，因此它的滑移面间距较小，原子间结合力较大，必须在较大的应力作用下才开始滑移，所以它的塑性要比铜铝金银等面心立方金属差些 为何晶体的滑移通常沿着其最密晶面和最密晶向进行

1.在晶体原子密度最大的晶面上，原子间的结合力最强，而面与面之间的距离 却最大，即密排面之间的原子间结合力最小，滑移阻力最小，最易于滑移2.沿最密晶向滑移的步长最小，这种滑移所需要的切应力最小 何谓加工硬化 金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象 运用位错理论说明细化晶粒可以提高材料强度的原因 通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。故工业上将通过细化晶粒以提高材料强度的方法称为细晶强化 运用位错理论说明细化晶粒可以提高材料强度的原因 来自69页北京工业大学2009细晶强化的位错理论 1.金属多晶体材料塑性变形时，粗大晶粒的晶界处塞积的位错数目多，形成较 大的应力场，能够使相邻晶粒内的位错源启动，使变形继续 2.相反，细小晶粒的晶界处塞积的位错数目少，要使变形继续，必须施加更大 的外加作用力以激活相邻晶粒内的位错源 3.因此，细晶材料要发生塑性变形需要更大外部作用力，即晶粒越细小晶体强 度越高 单相固溶体合金的强度均高于纯溶剂组元的强度，试用位错理论分析之

变形与断裂 2 江苏大学

单向静拉伸试验：是应用最广泛的力学性能试验方法之一。 1）可揭示材料在静载下的力学行为（三种失效形式）：即：过量弹性变形、塑性变形、断裂。 2）可标定出材料最基本力学性能指标：如：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率等。 拉伸力－伸长曲线 拉伸曲线： 拉伸力F －绝对伸长△L 的关系曲线。 在拉伸力的作用下，退火低碳钢的变形过程四个阶段： 1）弹性变形：O ～e 2）不均匀屈服塑性变形：A ～C 3）均匀塑性变形：C ～B 4）不均匀集中塑性变形：B ～k 5）最后发生断裂。k ～ 弹性变形：当外力去除后，能恢复到原形状或尺寸的变形。 特点：可逆性、单值线性、同相位、变形量小 本质：都是构成材料的原子(离子)或分子从平衡位置产生可逆位移的反映。 弹性模量E ：是表征材料对弹性变形的抗力，工程称材料的刚度. E 值越大，在相同应力下产生的弹性变形就越小。 弹性模量是结构材料的重要力学性能指标之一。 影响因素：1、键合方式 2、原子结构 3、晶体结构 4、化学成分 5.微观组织 6.温度 弹性模量 E 与切变模量 G 关系：(其中： ν－泊松比。) 比例极限σp ：是材料弹性变形按正比关系变化的最大应力，即拉伸应力一应变曲线上开始 偏离直线时的应力值。 弹性极限：材料由弹性变形过渡到弹－塑性变形时的应力，当应力超过弹性极限σe 后，便 开始产生塑性变形。 （比例极限σp 和弹性极限σe 与屈服强度的概念基本相同，都表示材料对微量塑性变形的 抗力，影响因素也基本相同。） 弹性比功ae ：（弹性比能、应变比能）表示材料在弹性变形过程中吸收弹性变形功的能力。 一般用材料开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 物理意义：吸收弹性变形功的能力。 几何意义：应力σ -应变ε曲线上弹性阶段下的面积。 欲提高材料的弹性比功：提高σe ，或降低 E 弹簧钢：含碳较高并添加Si 、Mn 等合金元素强化基体，经淬火＋中温回火获得回火托氏体 组织及冷变形强化，以提高其弹性极限，使弹性比功ae 和弹性提高。 纯弹性体的弹性变形：只与载荷大小有关，而与加载方向和加载时间无关。 2E G ν=（1＋）

【材料课件】实验三金属的塑性变形与再结晶组织观察

实验三金属的塑性变形与再结晶组织观察 目的 1．加深对材料塑性编写过程的理解; ２．认识塑性变形的典型组织； 3.理解变形量对再结晶后晶粒尺寸的影响。 一、塑性变形引起材料组织的变化 晶体塑性材料塑性变形的基本方式有四种：滑移、孪生、蠕变、粘滞性流动。 滑移是晶体中位错在外力作用下发生运动，造成晶体的两部分在滑移面上沿滑移方向的相对移动,滑移是位错的移动,晶体内部原子从一个平衡位置移到另一个平衡位置，不一起晶体内的组织变化，位错移出晶体的表面，形成滑移台阶,一个位错源发出的位错都移出,在晶体表明形成台阶在显微镜下可以见到,就是滑移线。 孪生是在滑移困难时以形成孪晶的方式发生的塑性变形，晶体发生孪生，在晶体表面产生浮凸,晶体内部生成的孪晶与原晶体的取向不一样，并有界面分隔,所以在晶体内重新制样后依然可以看到孪晶。 多晶体材料发生塑性变形后，原等轴晶粒被拉长或压扁，晶界变模糊。两相材料经过塑性变形后，第二相的分布也与变形方向有关。 塑性变形后进行退火加热发生再结晶的晶粒尺寸与变形量有直接的关系。在临界变形量(不同材料不相同,一般金属在２—１0%之间）以下,金属材料不发生再结晶,材料维持原来的晶粒尺寸;在临界变形量附近，刚能形核,因核心数量很少而再结晶后的尺寸很大，有时甚至可得到单晶;一般情况随着变形量的增加,再结晶后的晶粒尺寸不断减小；当变形量过大(>70％)后，可能产生明显织构，在退火温度高时发生晶粒的异常长大。 二、实验内容 1.观察几种塑性变形后的组织形貌 ①.低碳钢拉伸后的组织变化：看断口附近，变形量最大，组织特征明显，白色的软相的 晶粒的形状分布，黑色较硬相形状分布特征。 ②纯铁压缩表面的滑移线:为了观察,现将试样磨平，再压缩变形，晶体表面可留下滑移 线。若再打磨则滑移线就不可见。一个滑移系能开动，与之平行的滑移系也可能开动，滑移线往往时互相平行,因为存在交滑移,滑移线为波浪状。 ③锌的变形孪晶：Ｚn是ｈcp晶系，仅有三个滑移系,多晶体变形就会发生孪生，从试样 上可见到变形产生的孪晶。

变形与断裂总结

第一章： 单向静拉伸试验：是应用最广泛的力学性能试验方法之一。 1）可揭示材料在静载下的力学行为（三种失效形式）：即：过量弹性变形、塑性变形、断裂。 2）可标定出材料最基本力学性能指标：如：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率等。 拉伸力－伸长曲线 拉伸曲线： 拉伸力F －绝对伸长△L 的关系曲线。 在拉伸力的作用下，退火低碳钢的变形过程四个阶段： 1）弹性变形：O ～e 2）不均匀屈服塑性变形：A ～C 3）均匀塑性变形：C ～B 4）不均匀集中塑性变形：B ～k 5）最后发生断裂。k ～ 第二章： 弹性变形：当外力去除后，能恢复到原形状或尺寸的变形。 特点：可逆性、单值线性、同相位、变形量小 本质：都是构成材料的原子(离子)或分子从平衡位置产生可逆位移的反映。 弹性模量E ：是表征材料对弹性变形的抗力，工程称材料的刚度. E 值越大，在相同应力下产生的弹性变形就越小。 弹性模量是结构材料的重要力学性能指标之一。 影响因素：1、键合方式 2、原子结构 3、晶体结构 4、化学成分 5.微观组织 6.温度 弹性模量 E 与切变模量 G 关系：(其中： ν－泊松比。) 比例极限σp ：是材料弹性变形按正比关系变化的最大应力，即拉伸应力一应变曲线上开始偏离直线时的应力值。 弹性极限：材料由弹性变形过渡到弹－塑性变形时的应力，当应力超过弹性极限σe 后，便开始产生塑性变形。 （比例极限σp 和弹性极限σe 与屈服强度的概念基本相同，都表示材料对微量塑性变形的抗力，影响因素也基本相同。） 弹性比功ae ：（弹性比能、应变比能）表示材料在弹性变形过程中吸收弹性变形功的能力。一般用材料开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 物理意义：吸收弹性变形功的能力。 几何意义：应力σ -应变ε曲线上弹性阶段下的面积。 欲提高材料的弹性比功：提高σe ，或降低 E 2E G ν=（1＋）

材料力学习题弯曲变形

弯曲变形 基本概念题 一、选择题 1.梁的受力情况如图所示，该梁变形后的 挠曲线如图（）所示(图中挠曲线的虚线部 分表示直线，实线部分表示曲线)。 2. 如图所示悬臂梁，若分别采用两种坐标 系，则由积分法求得的挠度和转角的正负号为 （）。 题2图题1图 A．两组结果的正负号完全一致 B．两组结果的正负号完全相反 C．挠度的正负号相反，转角正负号一致 D．挠度正负号一致，转角的正负号相反 3.已知挠曲线方程y = q0x(l3 - 3lx2 +2 x3)∕(48EI)，如图所示，则两端点的约束可能为下列约束中的（）。 题3图 4. 等截面梁如图所示，若用积分法求解梁的转角、挠度，则以下结论中（ ）是错误的。 A．该梁应分为AB、BC两段进行积分 B．挠度积分表达式中，会出现4个积分常数 -26-

题4图 题5图 C ．积分常数由边界条件和连续条件来确定 D ．边界条件和连续条件表达式为x = 0，y = 0；x = l ，0==右左y y ，0='y 5. 用积分法计算图所示梁的位移，边界条件和连续条件为( ) A ．x = 0，y = 0；x = a + l ，y = 0；x = a ，右左y y =，右左 y y '=' B ．x = 0，y = 0；x = a + l ，0='y ；x = a ，右左y y =，右左 y y '=' C ．x = 0，y = 0；x = a + l ，y = 0，0='y ；x = a ，右左y y = D ．x = 0，y = 0；x = a + l ，y = 0，0='y ；x = a ，右左 y y '=' 6. 材料相同的悬臂梁I 、Ⅱ，所受荷载及截面尺寸如图所示。关于它们的最大挠度有如 下结论，正确的是（ ）。 A ． I 梁最大挠度是Ⅱ梁的 41倍 B ．I 梁最大挠度是Ⅱ梁的2 1 倍 C ． I 梁最大挠度与Ⅱ梁的相等 D ．I 梁最大挠度是Ⅱ梁的2倍 题6图 题7图 7. 如图所示等截面梁，用叠加法求得外伸端C 截面的挠度为（ ）。 A ． EI Pa 323 B ． EI Pa 33 C ．EI Pa 3 D ．EI Pa 233 8. 已知简支梁，跨度为l ，EI 为常数，挠曲线方程为)24)2(323EI x lx l qx y +-=， -27-

金属塑性变形与断裂

金属材料塑性变形与断裂的关系 摘要：金属的断裂是指金属材料在变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态。材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部变形量超过一定限度时，原于间结合力遭受破坏，使其出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。任何断裂都是由裂纹形成和裂纹扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。 关键词：塑性变形解理断裂准解理断裂沿晶断裂冷脆疲劳应力腐蚀 氢脆高温断裂 一、解理断裂与塑变的关系 解理断裂在主应力作用下，材料由于原子键的破断而产生的沿着某一晶面的快速破断过程。解理断裂的的产生条件是位错滑移必须遇到阻力，且位错滑移聚集到一定程度。断裂面沿一定的晶面发生，这个平面叫做解理面。解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。形成过程有两种方式：通过解理裂纹与螺型位错相交形成；通过二次解理或撕裂形成。 第一种，当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个台阶，裂纹继续向前扩展，与许多螺型位错相交便形成众多台阶，他们沿裂纹前端滑动而相互交汇，同号台阶相互汇合长大，异号台阶相互抵消，当汇合台阶足够大的时候便在电镜下观察为河流状花样。 第二种，二次解理是指在解理裂纹扩展的两个互相平行解理面间距较小时产生的，但若解理裂纹的上下两个面间距远大于一个原子间距时，两解理裂纹之间的金属会产生较大的塑性变形，结果由于塑性撕裂而形成台阶，称为撕裂棱晶界。舌状花样是由于解理裂纹沿孪晶界扩散留下的舌头状凹坑或凸台。 从宏观上看，解理断裂没有塑性变形，但从微观上看解理裂纹是以塑性变形为先导的，尽管变形量很小。解理断裂是塑性变形严重受阻，应力集中非常严重的一种断裂。 二、准解理断裂与塑变的关系 准解理断裂介于解理断裂和韧窝断裂之间，它是两种机制的混合。产生原因：

第五章材料变形与再结晶答案.doc

第五章固体材料的塑性变形 Chapter 5 Plastic Deformation 作业1:在面心立方晶体结构中，有一位错可以在(111)和(111) Solution: 4歩0 晶面上发生交滑移，请确定这个位错的伯氏矢量? 作业2：在面心立方晶体中有三个滑移系，假定在Au晶体的[100]± 施加2MPa的拉伸应力，其临界分切应力是0. 91MPa o证明滑移不会在(111)晶面的三个滑移系上滑移？ The three slip systems in the (111) plane are (111) [101], (111) [llo], (111) Oil]. Because [100]丄[oii], that is 入=90°，so r( resolred shear stress in (lll)[oii]) is 0.

COS60°=T So： Measurable slip will not occur on any of the three slip systems in the (111) plane. 作业3?：在面心立方晶体中，沿［i23］方向施加2 MPa的正应力。滑移面是(111),滑移方向是［101］o请确定临界分切应力Tor To solve this problem, we must find both cos0 and cos(p? This can be done suing the vector dot product: |[123j[ioq V14V2 Solving equation T C R =(ycos6cos(p for T C R and substituting the data given in the problem statement yields: T cR=(2Mpa)x(0.617)x(0.756)=0.933Mpa 作业4：假定某面心立方晶体可以开动的滑移系为(ni)[011]o试回答: (1)给出引起滑移的单位位错得相应矢量，并说明之。

材料的变形与再结晶

材料的变形与再结晶 1．一根长为5m，直径为3mm的铝线，已知铝的弹性模量为70GPa，求在200N 的拉力作用下，此线的总长度。 2．一Mg合金的屈服强度为180MPa，E为45GPa，a）求不至于使一块10mm?2mm 的Mg板发生塑性变形的最大载荷；b）在此载荷作用下，该镁板每mm的伸长量为多少？ 3. 已知烧结Al 2O 3 的孔隙度为5%，其E=370GPa。若另一烧结Al 2 O 3 的E=270GPa， 试求其孔隙度。 4. 有一Cu-30%Zn黄铜板冷轧25%后厚度变为1cm，接着再将此板厚度减少到0.6cm，试求总冷变形度，并推测冷轧后性能变化。 5. 有一截面为10mm?10mm的镍基合金试样，其长度为40mm，拉伸实验结果如下： 载荷（N）标距长度（mm） 0 40.0 43，100 40.1 86，200 40.2 102，000 40.4 104，800 40.8 109，600 41.6 113，800 42.4 121，300 44.0 126，900 46.0 127，600 48.0 113，800（破断）50.2 试计算其抗拉强度σ b ，屈服强度σ 0.2 ，弹性模量E以及延伸率δ。 6. 将一根长为20m，直径为14mm的铝棒通过孔径为12.7mm的模具拉拔，求a）这根铝棒拉拔后的尺寸；b）这根铝棒要承受的冷加工率。

7. 确定下列情况下的工程应变ε e 和真应变ε T ，说明何者更能反映真实的变形特 性： a）由L伸长至1.1L； b）由h压缩至0.9h； c）由L伸长至2L； d）由h压缩至0.5h。 8. 对于预先经过退火的金属多晶体，其真实应力—应变曲线的塑性部分可近似 表示为，其中k和n为经验常数，分别称为强度系数和应变硬化指 数。若有A，B两种材料，其k值大致相等，而n A =0.5，n B =0.2，则问a）那一种 材料的硬化能力较高，为什么？b）同样的塑性应变时，A和B哪个位错密度高， 为什么？c）导出应变硬化指数n和应变硬化率之间的数学公式。 9. 有一70MPa应力作用在fcc晶体的[001]方向上，求作用在（111）和（111）滑移系上的分切应力。 10. 有一bcc晶体的[111]滑移系的临界分切力为60MPa，试问在[001]和[010]方向必须施加多少的应力才会产生滑移？ 11. Zn单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为45?，拉伸后滑移方向与拉伸轴的夹角为30?，求拉伸后的延伸率。 12. Al单晶在室温时的临界分切应力τC =7.9×105Pa。若室温下对铝单晶试样作为拉伸试验时，拉伸轴为[123]方向，试计算引起该样品屈服所需加的应力。 13. Al单晶制成拉伸试棒（其截面积为9mm2）进行室温拉伸，拉伸轴与[001]交成36.7?，与[011]交成19.1?，与[111]交成22.2?，开始屈服时载荷为20.40N，试确定主滑移系的分切应力。 14. Mg单晶体的试样拉伸时，三个滑移方向与拉伸轴分别交成38°、45°、85°，而基面法线与拉伸轴交成60°。如果在拉应力为2.05MPa时开始观察到塑性变形，则Mg的临界分切应力为多少？ 15. MgO为NaCl型结构，其滑移面为{110}，滑移方向为<110>，试问沿哪一方向拉伸（或压缩）不能引起滑移？

材料力学B试题6弯曲变形

弯曲变形 1. 已知梁的弯曲刚度EI 为常数，今欲使梁的挠曲线在x =l /3处出现一拐点，则比值M e1/M e2为： (A) M e1/M e2=2； (B) M e1/M e2=3； (C) M e1/M e2=1/2； (D) M e1/M e2=1/3。 答：(C) 2. 外伸梁受载荷如 致形状有下列(A)(B)、(C)，(D)答：(B) 3. 简支梁受载荷并取坐标系如图示，则弯矩M 、剪力F S 与分布载荷q 之间的关系以及挠曲线近似微分方程为： (A)EI x M x w q x F F x M ) (d d ,d d , d d 2 2S S ===； (B)EI x M x w q x F F x M )(d d ,d d , d d 2 2 S S =-=-=； (C)EI x M x w q x F F x M )(d d ,d d , d d 2 2S S -==-=； (D)EI x M x w q x F F x M )(d d ,d d , d d 2 2S S -=-==。 答：(B) 4. 弯曲刚度为EI 的悬臂梁受载荷如图示，自由端的挠度EI l M EI Fl w B 232 e 3 +=

（↓） 则截面C 处挠度为： (A)2 e 3 322323??? ??+??? ??l EI M l EI F （↓）； (B)2 3 3223/323??? ??+??? ??l EI Fl l EI F （↓） ； (C)2 e 3 322)3/(323??? ??++??? ??l EI Fl M l EI F （↓）；(D)2 e 3 322)3/(323? ? ? ??-+??? ??l EI Fl M l EI F （↓）。 答：(C) 5. 画出(a)、(b)、(c)三种梁的挠曲线大致形状。 答： 6. 7. (a)、(b) 刚度关系为下列中的哪一种： (A) (a)＞(b)； (B) (a)＜(b)； (C) (a)=(b)； (D) 不一定。 答：(C) 8. 试写出图示等截面梁的位移边界条件，并定性地画出梁的挠曲线大致形状。 答：x =0, w 1=0, 1w '=0；x =2a ，w 2=0 =2a ， 32 w w '='。 9. 试画出图示静定组合梁在集中力F 作用下挠曲线的大致形状。 (a) (b) (c) w ===θw w

工程材料的塑性变形与再结晶

工程材料的塑性变形与再结晶 1、 二元共晶反应 1)共晶反应刚结束时，含30%B 的合金: 相组分？组织组分？ 2)从显微镜中观察初晶 与共晶 各占50%（共晶反应刚结束时），求合金中B 的 含量。 2、画F-Fe 3C 相图，并进行分析： (1) 标注出相图中空白区域相和组织； (2) 分析碳含量为0.4%的亚共析钢的结晶过程及其在室温下组织及含量，相及含量； 3、二种铁碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体占75％，铁素体占25％，另一种合金的显微组织中珠光体占92％，二次渗碳体占8％。问这二种合金各属于哪一类合金？其含碳量各为多少？ 思考题 1、分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体的异同。 2、合金中相组分和组织组分的区别何在指出常温下亚共析钢与亚共晶白口铸铁中的相组分和组织组分。指出常温下碳钢与白口铸铁相组分和组织组分的异同。 (一) 判断题 1.因为体心立方晶体格与面心立方晶体格具有相同的滑移系,所以它们的塑性变形能力也相同. ( ) 2.金属的热加工是指在室温以上的塑性变形过程. ( ) 3.金属的加工硬化是指金属冷塑性变形为后强度和塑性提高的现象. ( ) 4.从金属学的观点看,凡是加热以后的变形为热加工,反之不加热的变形为冷加工. ( ) 5.细晶粒金属的强度高,塑性也好. ( ) 6.反复弯折铁丝,铁丝会越来越硬,最后会断裂. ( ) (二) 选择题 1.面心立方晶体受力时的滑移方向为_____. A.<111> B.<110> C.<100> D.<112> 2.体心立方与面心立方晶格具有相同的滑移系,但其塑性变形能力是不同的,其原因是面心立方晶体的滑移方向较体心立方晶体的滑移方向___. A.少 B.多 C.相等 D 有时多有时少 3.变形金属在加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程,这种新晶粒的晶体结构___,. A.与变形前的金属相同 B.与变形后的金属相同 C.与再结晶前的金属相同 D.形成新的晶体结构 4.金属的再结晶温度是___ A.一个确定的温度值 B.一个温度范围 C.一个临界值 D.一个最高的温度值 (三) 改错题 1.塑性变形就是提高材料塑性的变形 2.钢的再结晶温度一般为1100oC. 3.锡在室温下加工是冷加工,钨在1000oC 变形是热加工 4.滑移面是原子密度最大的晶面,滑移方向则是原子密度最小的方向 5.再结晶退火温度就是最低再结晶温度 (四) 计算题 951575βα+→L ββα+

第五章 材料变形与再结晶答案

第五章 固体材料的塑性变形 Chapter 5 Plastic Deformation 作业1：在面心立方晶体结构中，有一位错可以在(111) 和 ()111 晶面上发生交滑移，请确定这个位错的伯氏矢量？ Solution: []1012 a = 作业2：在面心立方晶体中有三个滑移系，假定在Au 晶体的[100]上施加2MPa 的拉伸应力，其临界分切应力是0.91MPa 。证明滑移不会在(111)晶面的三个滑移系上滑移？ The three slip systems in the (111) plane are (111) []110, (111) []011, (111) []101. Because [100][]101⊥, that is λ=?90, so τ( resolred shear stress in (111)[]101) is 0. Another two ?=451λ [][]110100-

?=452λ [][]011100- 2245cos = ? 3 360cos = ? [][]MPa MPa 91.0816.03 233222cos cos 011110<==?? =??=φλστ So ：Measurable slip will not occur on any of the three slip systems in the (111) plane. 作业3.：在面心立方晶体中，沿[123]方向施加2 MPa 的正应力。滑移面是(111)，滑移方向是[101]。请确定 临界分切应力τ cr To solve this problem, we must find both cos θ and cos φ. This can be done suing the vector dot product: Cos φ= [][][][]167.03 14321111231111231=++-=? Cos θ = [][][][]756.02 14301011231011231=++=? Solving equation ??στcos cos =cR for τcR and substituting the data given in the problem statement yields: τcR =(2Mpa)×(0.617)×(0.756)=0.933Mpa 作业4：假定某面心立方晶体可以开动的滑移系为()111[011]。试回答： （1）给出引起滑移的单位位错得相应矢量，并说明之。

第二章 金属的塑性变形与再结晶学习资料

第二章金属的塑性变形与再结晶

第二章金属的塑性变形与再结晶 教学目的：掌握金属的塑性变形与再结晶规律，了解塑性变形对金属组织与性能的影响 本章重点： 1、金属单晶体与多晶体的塑性变形及其特点 2、塑性变形对金属组织与性能的影响 3、回复与再结晶 本章难点：塑性变形对金属组织与性能的影响 参考文献：1、王从曾，材料性能学，北京工业大学出版社，2001 2、束德林，金属力学性能，机械工业出版社，1995 3、冯端，金属物理学，科学出版社，1999 4、史美堂，金属材料及热处理，上海科学技术出版社，2001 5、史美堂，金属材料及热处理习题集与实验指导书，上海科学技术 出版社，1997 专业词汇：Tensile test; tensile strength; stress-strain curve; elastic distortion; plastic distortion; strain energy; stress concentration; fracture strength; fracture mechanism; reduction ratio of area; breaking extension; fracture toughness; fractography analysis; yield point; yield strength; poisson’s ratio 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2

由于金属铸锭中存在各种各样的缺陷，如：粗大晶粒区，组织疏松，杂质偏析，气孔、裂纹等，故铸锭需要进行压力加工，消除上述缺陷才能使用。压力加工过程中，金属产生塑性变形，使金属组织发生很大变化，这种变化一方面使金属性能得到改善，另一方面也会带来不利影响，本章将讨论这方面的问题。 第一节金属的塑性变形 一、金属的变形与断裂 1、应力：作用在单位面积上的内力值σ=lim(ΔS/ΔA), ΔA→0 2、应变：单位长度上的变形量。 3、弹性变形：在应力作用下，金属晶格发生了弹性伸长或歪扭，但未超过原子间 的结合力。即σ=Eε，服从虎克定律。 4、塑性变形：当应力超过原子间的结合力，晶格发生不可恢复得变形。 5、断裂：韧性断裂：断裂前有明显塑性变形，断口成纤维状，无光泽 脆性断裂：断裂前未发生明显塑性变形，断口有闪烁的光泽。 脆性断裂：晶间断裂：断裂沿晶界发生，断口凹凸不平。 穿晶断裂：断裂穿过各个晶粒，断口平化。 二、金属单晶体的塑性变形 1、塑性变形的方式 滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面发生相对的滑动。 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢3

金属地塑性变形与再结晶-材料科学基础-实验-06

实验六 金属的塑性变形与再结晶 （Plastic Deformation and Recrystallization of Metals ） 实验学时：2 实验类型：综合 前修课程名称：《材料科学导论》 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的 1． 观察显微镜下变形孪晶与退火孪晶的特征； 2． 了解金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化； 3． 讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。 二、概述 1． 显微镜下的滑移线与变形孪晶 金属受力超过弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。金属单晶体变形机理指出，塑性 变形的基本方式为：滑移和孪晶两种。 所谓滑移，是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿 滑移面运动）的结果。滑移后在滑移面两侧的晶体位向保持不变。 把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只 能观察到一条黑线，即称为滑移带。变形后的显微组织是由许多滑移带（平行的黑线）所组 成。 在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：① 各晶粒滑移带的方向不同（因晶粒 方位各不相同）；② 各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒滑移带多（即变形量大），有的 晶粒滑移带少（即变形量小）；③ 在同一晶粒，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶 粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象（在面心立方晶格情况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒部交错 起来，将晶粒分成许多小块。（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉 伸，拉伸后立即直接在显微镜下观察；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消失，观 察不到。原因是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶，不是材料部晶体结 构的变化，样品制备过程会造成滑移带的消失。） 另一种变形的方式为孪晶。不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、镁、铍、锌等， 或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体 的一部分以一定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部分发生对称移动，这 种变形方式称为孪晶或双晶。 孪晶的结果是：孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。所以孪晶变形后，由 于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。在密排六 方结构的锌中，由于其滑移系少，则易以孪晶方式变形，在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的 竹叶状特征。（注：孪晶是材料部晶体结构上的变化，样品制备过程不会造成孪晶的消失。） 对体心立方结构的Fe -α，在常温时变形以滑移方式进行；而在0℃以下受冲击载荷 时，则以孪晶方式变形；而面心立方结构大多是以滑移方式变形的。

材料力学习题册答案弯曲变形

第六章弯曲变形 一、是非判断题 1．梁的挠曲线近似微分方程为EIy’’=M（x）。（√）梁上弯矩最大的截面，挠度也最大，弯矩为零的截面，转角为 零。（×） 两根几何尺寸、支撑条件完全相同的静定梁，只要所受载荷相 同，则两梁所对应的截面的挠度及转角相同，而与梁的材料是 否相同无关。（×） 等截面直梁在弯曲变形时，挠曲线的曲率最大值发生在转角等 于零的截面处。（×） 若梁上中间铰链处无集中力偶作用，则中间铰链左右两侧截面 的挠度相等，转角不等。（√） 简支梁的抗弯刚度EI相同，在梁中间受载荷F相同，当梁的跨 度增大一倍后，其最大挠度增加四倍。（×） 当一个梁同时受几个力作用时，某截面的挠度和转角就等于每 一个单独作用下该截面的挠度和转角的代数和。（√） 8．弯矩突变的截面转角也有突变。（×） 二、选择题 1. 梁的挠度是（D）

A 横截面上任一点沿梁轴线方向的位移 B 横截面形心沿梁轴方向的位移 C横截面形心沿梁轴方向的线位移 D 横截面形心的位移 2. 在下列关于挠度、转角正负号的概念中，（B）是正确的。 A 转角的正负号与坐标系有关，挠度的正负号与坐标系无关 B 转角的正负号与坐标系无关，挠度的正负号与坐标系有关 C 转角和挠度的正负号均与坐标系有关 D 转角和挠度的正负号均与坐标系无关 3. 挠曲线近似微分方程在（D）条件下成立。 A 梁的变形属于小变形 B 材料服从胡克定律 C 挠曲线在xoy平面内 D 同时满足A、B、C 4. 等截面直梁在弯曲变形时，挠曲线的最大曲率发生在（D）处。 A 挠度最大 B 转角最大 C 剪力最大 D 弯矩最大 5. 两简支梁，一根为刚，一根为铜，已知它们的抗弯刚度相同。跨中作用有相同的力F，二者的（B）不同。 A支反力 B 最大正应力 C 最大挠度D最大转角6. 某悬臂梁其刚度为EI，跨度为l，自由端作用有力F。为减小最大挠度，则下列方案中最佳方案是（B） A 梁长改为l /2，惯性矩改为I/8 B 梁长改为3 l /4，惯性矩改为I/2 C 梁长改为5 l /4，惯性矩改为3I/2