《金屬塑性加工原理》試題及答案

1、1一、簡述一、簡述“經(jīng)典塑性力學(xué)經(jīng)典塑性力學(xué)”的主要內(nèi)容，以及的主要內(nèi)容，以及“現(xiàn)代塑性力學(xué)現(xiàn)代塑性力學(xué)”的發(fā)展概況（選發(fā)展概況（選2～3個發(fā)展方向加以簡單介紹）個發(fā)展方向加以簡單介紹）（2020分）分）答：“經(jīng)典塑性力學(xué)經(jīng)典塑性力學(xué)”的主要內(nèi)容的主要內(nèi)容經(jīng)典塑性理論主要基于凸性屈服面、正交法則和塑性勢等概念，描述的是一種均勻連續(xù)的介質(zhì)在外力作用下產(chǎn)生不可恢復(fù)的位移或滑移現(xiàn)象的唯象平均。經(jīng)典塑性理論主要基于以下三個方面：（1）初始屈服準(zhǔn)

2、則；（2）強化準(zhǔn)則；（3）流動規(guī)則。經(jīng)典塑性力學(xué)的三個假設(shè)(1)(1)傳統(tǒng)塑性勢假設(shè)。傳統(tǒng)塑性勢假設(shè)。眾所周知傳統(tǒng)塑性勢是從彈性勢借用過來的并非由固體力學(xué)原理導(dǎo)出。因此這是一條假設(shè)。按傳統(tǒng)塑性勢公式即可得出塑性主應(yīng)變增量存在如下比例關(guān)系:(1)式中Q為塑性勢函數(shù)?？赏谱C塑性主應(yīng)變增量與主應(yīng)力增量有如下關(guān)系:(2)由式(1)知式(2)中矩陣[Ap]中的各行元素必成比例即有(3)且[Ap]的秩為1它只有一個基向量表明這種情況存在一個勢函數(shù)。

3、由式(1)或式(2)或傳統(tǒng)塑性勢理論都可推知塑性應(yīng)變增量的方向只與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)而與應(yīng)力增量無關(guān)所以它的方向可由應(yīng)力狀態(tài)事先確定。傳統(tǒng)塑性勢假設(shè)數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為[Ap]中各行元素成比例及[Ap]的秩為1物理上表現(xiàn)為存在一個勢函數(shù)且塑性應(yīng)變增量方向與應(yīng)力具有唯一性。(2)關(guān)聯(lián)流動法則假設(shè)假設(shè)屈服面與塑性勢面相同。無論在德魯克塑性公設(shè)提出之后還是之前經(jīng)典塑性力學(xué)中都一直引用這條假設(shè)。對于穩(wěn)定材料在每一應(yīng)力循環(huán)中外載所作的附加應(yīng)力功為非負(fù)即有(4)

4、0)(00???ijijijdij????式(4)本是用來判斷材料穩(wěn)定性的而并非是普遍的客觀規(guī)律。然而有人錯誤地認(rèn)為德魯克公設(shè)可依據(jù)熱力學(xué)導(dǎo)出即應(yīng)力循環(huán)中彈性功為零塑性功必為非負(fù)因而式(4)成立。按功的定義應(yīng)力循環(huán)中外載所作的真實功應(yīng)為(5)3出了塑性全量理論，由于便于應(yīng)用，曾被納戴等人，特別是伊柳辛等蘇聯(lián)學(xué)者用來解決大量實際問題。雖然塑性全量理論在理論上不適用于復(fù)雜的應(yīng)力變化歷程，但是計算結(jié)果卻與板的失穩(wěn)實驗結(jié)果很接近。為此在1950

5、年前后展開了塑性增量理論和塑性全量理論的辯論，促使從更根本的理論基礎(chǔ)上對兩種理論進(jìn)行探討。另外，在強化規(guī)律的研究方面，除等向強化模型外，普拉格又提出隨動強化等模型。電子計算機的發(fā)展，為塑性力學(xué)的研究和應(yīng)用開展了廣闊的前景，特別是促進(jìn)了有限單元法的應(yīng)用。1960年，Argyris提出初始荷載法可作為有限單元法解彈塑性問題的基礎(chǔ)。自此理想塑性的塑性力學(xué)已經(jīng)達(dá)到定型的階段，而具有加工硬化的塑性力學(xué)至今仍是在發(fā)展中研究課題。20世紀(jì)60年代以后

6、，有限元法的發(fā)展，提供恰當(dāng)?shù)谋緲?gòu)關(guān)系已成為解決問題的關(guān)鍵。所以70年代關(guān)于塑性本構(gòu)關(guān)系的研究十分活躍，主要從宏觀與微觀的結(jié)合，從不可逆過程熱力學(xué)以及從理性力學(xué)等方面進(jìn)行研究。在實驗分析方面，也開始運用光塑性法、云紋法、散斑干涉法等能測量大變形的手段。另外，由于出現(xiàn)巖石類材料的塑性力學(xué)問題，所以塑性體積應(yīng)變以及材料的各向異性、非均勻性、彈塑性耦合、應(yīng)變?nèi)趸姆欠€(wěn)定材料等問題正在研究之中。塑性力學(xué)的主要內(nèi)容從學(xué)科建立過程來看，塑性力學(xué)是以實

7、驗為基礎(chǔ)，從實驗中找出受力物體超出彈性極限后的變形規(guī)律，據(jù)以提出合理的假設(shè)和簡化模型，確定應(yīng)力超過彈性極限后材料的本構(gòu)關(guān)系，從而建立塑性力學(xué)的基本方程。解出這些方程，便可得到不同塑性狀態(tài)下物體中的應(yīng)力和應(yīng)變。塑性力學(xué)的基本實驗主要分兩類：單向拉伸實驗和靜水壓力實驗。通過單向拉伸實驗可以獲得加載和卸載時的應(yīng)力應(yīng)變曲線以及彈性極限和屈服極限的值；在塑性狀態(tài)下，應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系是非線性的且沒有單值對應(yīng)關(guān)系。由靜水壓力實驗得出，靜水壓力只能

8、引起金屬材料的彈性變形且對材料的屈服極限影響很小。塑性力學(xué)的基本假設(shè)為簡化計算，根據(jù)實驗結(jié)果，塑性力學(xué)采用的基本假設(shè)有：①材料是各向同性和連續(xù)的。②平均法向應(yīng)力不影響材料的屈服，它只與材料的體積應(yīng)變有關(guān)，且體積應(yīng)變是彈性的，即靜水壓力狀態(tài)不影響塑性變形而只產(chǎn)生彈性的體積變化。這個假定主要根據(jù)是著名的Bridgman試驗。③材料的彈性性質(zhì)不受塑性變形的影響。這些假設(shè)一般適用于金屬材料；對于巖土材料則應(yīng)考慮平均法向應(yīng)力對屈服的影響。塑性力學(xué)