塑性成形力学的工程应用

合集下载

塑性力学(一)

（四）学习塑性力学的基本方法塑性力学是连续介质力学的一个分支，故研究时仍采用连续介质力学中的假设和基本方法。 (1) 受力分析及静力平衡条件(力的分析) 对一点单元体的受力进行分析。若物体受力作用，处于平衡状态，则应当满足的条件是什么？（静力平衡条件）
(2) 变形分析及几何相容条件(几何分析) 材料是连续的，物体在受力变形后仍应是连续的。固体内既不产生“裂隙”，也不产生“重叠”。则材料变形时，对一点单元体的变形进行分析，应满足的条件是什么？（几何相容条件） (3)力与变形间的本构关系 (物理分析) 固体材料受力作用必然产生相应的变形。不同的材料，不同的变形，就有相应不同的物理关系。则对一点单元体的受力与变形间的关系进行分析，应满足的条件是什么？（物理条件，也即本构方程。）
（一）σ-ε曲线的简化（二）σ-ε的关系式（分为三个不同的状态）
鉴于学习塑性力学问题的复杂性，通常在塑性理论中要采用简化措施。为此得到基本上能反映材料的力学性质，又便于数学计算的简化模型。（一）σ-ε曲线的简化理想弹塑性模型（软钢）分段模型大致分为两类：连续模型线性强化弹塑性模型幂次强化模型 R-O模型
（6）包氏效应
卸载后，如果进行反向加载（拉伸改为压缩）首先出现压缩的弹性变形，后产生塑性变形，但这时新的屈服极限将有所降低，即压缩应力应变曲线比通常的压缩试验曲线屈服得更早了。这种由于拉伸时的强化影响到压缩时的弱化现象称为包辛格 (Bauschinger)效应 (一般塑性理论中都忽略它的影响) 。
小结：由两个实验我们得到了四个结论： 1）应力－应变关系不再一一对应，且一般是非线性的。 2）应力－应变的多值性。（出现卸载时） 3）在静水压力作用下，体积的改变都是弹性变形，没有塑性变形。 4）在静水压力作用下，材料的塑性行为不受影响。

塑性力学的基本概念和应用

塑性力学的基本概念和应用塑性力学是力学学科中的一个重要领域，研究物体在超过其弹性限度之后发生的塑性变形和力学行为。

它在工程领域中有着广泛的应用，可以用于设计和分析各种结构和材料。

本文将介绍塑性力学的基本概念和应用。

一、塑性力学的基本概念塑性力学研究材料在受力过程中的变形行为，重点关注材料的塑性变形和它们与应力应变关系之间的联系。

以下是塑性力学中的几个基本概念：1. 弹性和塑性：在外力作用下，材料会产生变形。

当外力移除后，材料能够完全恢复到其初始形状，这种变形称为弹性变形。

而当外力作用超过了材料的弹性限度时，材料会发生不可逆的塑性变形，导致永久性的形变。

2. 屈服点和屈服应力：材料在受力过程中，当应力达到一定数值时会开始产生塑性变形，此时的应力称为屈服应力。

屈服点是应力-应变曲线上的一个特定点，表示材料开始发生塑性变形的阈值。

3. 工程应力应变和真实应力应变：工程应力指材料在不考虑变形前尺寸的情况下受到的力与单位面积的比值，工程应变指材料在变形前尺寸和力的情况下的应变与原始尺寸比值。

真实应力和真实应变则考虑了材料在受力过程中的变形，分别是力和应变与变形的比值。

二、塑性力学的应用塑性力学在工程领域中有着广泛的应用，以下是其中几个典型的应用。

1. 金属成形加工：塑性力学在金属成形加工中扮演着重要的角色。

通过了解材料的塑性特性和应力应变关系，可以优化金属成形加工的工艺参数，提高材料的形变能力，减小残余应力，提高产品质量。

2. 板结构设计：在板结构的设计中，塑性力学可以用于评估结构的稳定性和承载能力。

通过分析材料的屈服点和塑性变形情况，可以确定合适的结构尺寸和加强措施，以满足结构的强度和刚度要求。

3. 地震工程：塑性力学在地震工程中的应用也很重要。

通过研究材料的塑性行为，可以评估结构在地震荷载下的响应和潜在破坏模式。

这有助于设计出抗震性能良好的建筑和结构，并提供灾害防护措施。

4. 仿真和模拟：在产品设计和工艺优化中，塑性力学可以被应用于数值模拟和仿真。

9 金属塑性成形有限元软件应用介绍

单元分析流程图
金属塑性成形原理
进行单元分析时，需要把单元内的任一点的位移分量表示成坐标的某种函数，该函数称为位移函数。
多项式形式的位移函数应用最为广泛。多项式的次数越高，计算结果越精确。在实际中，取有限次多项式来获得近似解。
位移函数的次数对计算精度的影响
金属塑性成形原理
位移函数的多项式形式：实际工程应用中，插值函数多项式一般取1~3次。
金属塑性成形原理
第九章金属塑性成形有限元软件应用
内容提纲
一、有限元基本原理简介二、 Ansys软件简介三、Abaqus软件简介四、Deform-3D软件简介五、Dynaform软件简介
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理
第一节有限元基本原理简介
有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法。由于采用类型广泛的边界条件，对工件的几何形状几乎没有什么限制和求解精度高而得到广泛的应用。有限元法在40年代提出，通过不断完善，从起源于结构理论、发展到连续体力学场问题，从静力分析到动力问题、稳定问题和波动问题。随着计算机技术的发展与应用，为解决工程技术问题，提供了极大的方便。
➢几何对称的变形体，利用其对称性，只选择对称部分进行网格划分。
金属塑性成形原理
二、位移函数的选择 ✓结构离散化后，要对单元进行力学特性分析。 ✓单元分析是有限元计算的核心，其任务是建立单元的结点力与结点位移之间的关系，即建立单元的刚度矩阵。 ✓由弹性或塑性力学方程分析应力与应变，建立结点位移和内部应力的关系，现借助虚功方程，导出单元结点力与结点位移的关系。
针对该问题研究者们提出了几种不同的处理方法，典型的有拉格朗日（Lagrange）乘子法，罚函数法。
金属塑性成形原理

铝合金的塑性变形行为模拟

铝合金的塑性变形行为模拟铝合金作为一种重要的结构材料，在工程和制造领域中得到广泛应用。

为了研究和预测铝合金在实际应力条件下的塑性变形行为，工程师和研究人员使用模拟方法进行力学分析。

本文将探讨铝合金的塑性变形行为模拟及其在工程实践中的应用。

一、介绍铝合金的塑性变形铝合金具有良好的塑性，可通过外力施加引起的塑性变形来改变形状。

在塑性变形过程中，金属表现出可逆的形变并能保持其完整性。

铝合金的塑性变形受到多种因素的影响，包括应力、变形速率、温度和微观组织等。

二、塑性变形行为的模拟方法1. 应力-应变曲线模拟应力-应变曲线是描述铝合金塑性变形行为的重要指标。

工程师可以利用有限元分析等数值模拟方法来模拟应力-应变曲线。

这些方法基于材料力学理论，并结合实验数据，可以准确预测铝合金在不同应力下的变形行为。

2. 热-力耦合模拟在一些高温条件下，铝合金的塑性变形受到温度影响较大。

因此，为了更准确地模拟铝合金的塑性变形行为，可以使用热-力耦合模拟方法。

该方法将考虑温度场与应力场之间的相互作用，有效地预测铝合金在高温环境下的变形行为。

三、铝合金塑性变形行为模拟的应用1. 工程设计通过模拟铝合金的塑性变形行为，工程师可以更好地预测材料的形变和应力分布情况。

这有助于设计出更安全、更可靠的结构，并优化材料的使用。

例如，在航空航天领域，模拟铝合金的塑性变形行为可以帮助优化飞机外壳设计，提高结构的强度和刚度。

2. 制造工艺优化铝合金的塑性变形行为模拟还可以用于优化制造工艺。

通过模拟形变过程，工程师可以确定最佳的成形参数，如压力、温度和速度等，从而提高产品的质量和效率。

这对于汽车、船舶和建筑等领域的制造工艺优化具有重要意义。

3. 维修与损伤评估铝合金在使用过程中可能会受到损伤或疲劳，因而导致塑性变形。

通过模拟铝合金的塑性变形行为，可以对损伤区域进行评估和分析，以指导维修和加固措施。

同时，还可以预测材料在不同应力条件下的疲劳寿命，为结构安全提供重要参考。

板料塑性成形理论及工程解析-第2讲-之1

力状态，将上式写成
σ1
m
+
σ2
m
+r
σ1
−σ2
m
=
(1 +
r
)σ
m s
¾ Hosford是先根据多晶体塑性模型计算得到的屈服轨
迹，然后再将该屈服轨迹进行曲线拟合得到的。此外，Hosford屈服准则的m值不可调，对于体心立方金属，m=6，面心立方金属，m=8
一、塑性屈服理论
¾ Graf和Hosford通过实验证明，该准则与实验符合较好，且应用该准则，r值对理论成形极限曲线的影响较小。吴向东通过实验发现，对一些钢板和铝合金板应用该准则的计算结果与实验结果符合较好。
ª应用很少
一、塑性屈服理论
1.3 各向异性屈服准则
板料成形所用的材料，是经过多次辊轧和热处理所取得的，由于轧制时出现纤维性组织和结晶的优择取向形成组织结构，具有明显的各向异性。能够反应材料各向异性的屈服准则：
¾ Hill系列屈服准则 ¾ Barlat系列屈服准则 ¾ Hosford屈服准则 ¾ Gotoh（后藤）屈服准则 ¾ Karafillis-Boyce屈服准则 ¾ 其他屈服准则
注：σ s为材料单向拉伸屈服强度
一、塑性屈服理论
4 Von Mises准则——常数形变能量理论 ª 1913年Mises从纯粹数学的观点出发，对Tresca准则提出了修正
(σ1 − σ 2 )2 + (σ 2 − σ 3 )2 + (σ 3 − σ1)2 = 2σ s2
ª Hencky的修正
等式左端为等式右端为
重合的情形，不能用于实际问题。
¾
由
σb
=
2(1 + [ 2m

塑性力学教学大纲

塑性力学教学大纲塑性力学教学大纲引言：塑性力学是一门研究材料在超过其弹性极限时的变形和破坏行为的学科。

它在工程领域中有着广泛的应用，涉及到材料的设计、结构的稳定性以及工程结构的安全性等方面。

为了系统地教授塑性力学知识，制定一份完整的教学大纲是非常重要的。

一、课程目标1. 理解塑性力学的基本概念和原理；2. 掌握材料的塑性行为及其数学描述方法；3. 理解塑性力学在工程领域中的应用；4. 培养学生解决工程实际问题的能力。

二、课程内容1. 弹性力学回顾1.1 弹性力学的基本假设1.2 弹性力学的基本方程1.3 弹性力学的解析方法2. 塑性力学基础2.1 塑性力学的基本概念2.2 塑性力学的基本假设2.3 塑性力学的应变硬化规律3. 塑性力学的数学描述3.1 应力张量和应变张量3.2 应力应变关系3.3 应力应变率关系4. 塑性力学的本构关系4.1 线性硬化模型4.2 可退化线性硬化模型4.3 等效塑性应变模型5. 塑性力学的变形理论5.1 塑性流动规律5.2 应力场的计算方法5.3 塑性流动的数值模拟方法6. 塑性力学的应用6.1 塑性力学在结构设计中的应用6.2 塑性力学在金属成形加工中的应用6.3 塑性力学在地质工程中的应用三、教学方法1. 理论讲授：通过课堂讲解，系统地介绍塑性力学的基本概念、原理和方法。

2. 实验教学：组织学生进行塑性力学实验，加深对理论知识的理解和应用。

3. 计算模拟：引导学生运用计算机软件进行塑性力学问题的数值模拟，培养解决实际问题的能力。

4. 案例分析：通过分析实际工程案例，让学生了解塑性力学在工程实践中的应用。

四、教学评估1. 课堂测验：通过课堂小测验，检测学生对基本概念和原理的掌握程度。

2. 实验报告：要求学生撰写实验报告，评估其对实验过程和结果的理解能力。

3. 课程设计：要求学生完成一份塑性力学相关的课程设计，考察其综合运用所学知识的能力。

结语：塑性力学作为一门重要的工程学科，对于培养工程技术人才具有重要意义。

先进材料超塑成形技术

先进材料超塑成形技术先进材料超塑成形技术是一种利用特殊的工艺方法和控制技术，将金属材料在高温和高应变率条件下通过塑性变形成型的一种先进制造技术。

超塑成形技术能够制备出复杂几何形状的零件，并且具有优异的力学性能和表面质量。

本文将对超塑成形技术的原理、应用、发展现状和未来发展进行探讨。

超塑成形技术的原理主要是利用材料在高温和高应变率条件下的特殊塑性行为。

在高温下，材料的塑性变形能力会显著增强，可以实现超塑性变形。

高应变率条件下，由于材料的快速变形速率，可以避免材料的回弹和微观缺陷的形成，从而得到理想的成形零件。

超塑成形技术通常需要在高温下进行，因此需要使用专门设计的设备和控制系统来保持合适的温度和应变率。

超塑成形技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广泛的应用前景。

在航空航天领域，超塑成形技术可以制造出轻量化的结构件，提高整体效能并减少燃料消耗。

在汽车制造领域，超塑成形技术可以制造出复杂形状和轻质的车身零件，提高车辆的安全性能和燃油经济性。

在医疗器械领域，超塑成形技术可以制造出精密的植入器械和医疗设备，提高治疗效果和患者的生活质量。

目前，超塑成形技术已经得到了广泛的研究和应用。

一些国家和地区已经建立了专门的研究中心和实验室，对超塑成形技术进行深入研究，并推动其产业化发展。

在实践中，超塑成形技术已经成功应用于一些特定领域的生产工艺中，取得了较好的成果。

然而，超塑成形技术还存在一些挑战和限制。

首先，高温和高应变率条件下材料容易发生晶粒长大和孔洞形成等缺陷，导致材料的力学性能下降。

其次，超塑成形技术的设备和工艺复杂，生产周期长，需要大量的热能和人工操作。

此外，超塑成形技术还需要对材料的力学性能和塑性变形行为进行深入研究，以满足不同应用领域对材料的要求。

未来，超塑成形技术的发展方向主要包括材料的改进、工艺的优化和设备的突破。

首先，需要开发出具有优异力学性能和高温稳定性的超塑性材料。

其次，需要改进超塑成形工艺，提高生产效率和产品质量。

塑形仪器的原理与应用

塑形仪器的原理与应用1. 引言塑形仪器是一种应用于塑性变形研究和工程应用中的测试设备。

它通过施加外部力对试样进行塑性变形，通过测量力和位移来探索物质的塑性特性和变形行为。

本文将介绍塑形仪器的原理和应用，并列举几个常见的塑形仪器。

2. 塑形仪器的原理塑形仪器的原理基于材料学和力学原理，通过施加外部力对试样进行塑性变形，测量力和位移来研究材料的塑性特性。

主要的原理包括：2.1 塑性变形塑性变形是指材料在超过其弹性极限时发生的永久性形变。

塑形仪器通过施加力对试样进行塑性变形，从而研究材料的塑性特性。

2.2 力的测量塑形仪器采用传感器来测量施加在试样上的力。

通常使用负荷传感器或压力传感器来测量力的大小。

2.3 位移的测量塑形仪器通过位移传感器测量试样的位移。

常见的位移传感器包括位移传感器和应变计。

2.4 数据采集和分析塑形仪器将力和位移等测量数据传输到计算机系统进行数据采集和分析。

通过数据分析，可以得出材料的塑性特性和变形行为。

3. 塑形仪器的应用塑形仪器在材料科学、机械工程、建筑工程等领域都有广泛的应用。

下面列举几个常见的应用：3.1 材料研究塑形仪器可以用于研究不同材料的塑性特性和变形行为。

通过测试不同材料的拉伸、压缩等试验，可以得出材料的强度、塑性、韧性等物理力学性质。

3.2 制造工艺优化利用塑形仪器，可以对制造工艺进行优化。

通过模拟真实制造过程中的塑性变形，可以得出最佳的工艺参数，提高产品的质量和工艺效率。

3.3 车辆碰撞测试塑形仪器可以模拟车辆碰撞过程中的塑性变形，研究车辆结构和安全性能。

通过测试不同材料和结构的变形行为，可以优化车辆结构，提高乘员安全性。

3.4 金属成型工艺塑形仪器在金属成型工艺中有重要应用。

通过模拟金属板材的成形过程，可以优化成形工艺，提高产品质量和成形效率。

4. 常见的塑形仪器4.1 材料试验机材料试验机是一种常用的塑形仪器，用于测试材料的力学性能。

它可以进行拉伸、压缩、弯曲等试验，测量材料的强度、韧性、硬度等物理力学性质。

铝合金塑性成形的热力学分析

铝合金塑性成形的热力学分析一、铝合金塑性成形的基本原理铝合金作为一种轻质、高强度的材料，在现代工业中有着广泛的应用。

其塑性成形过程是将铝合金材料通过外力作用，使其发生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件或产品。

铝合金塑性成形的基本原理涉及到材料力学、热力学和金属学等多个领域。

1.1 铝合金的物理特性铝合金具有较低的密度和较高的比强度，这使得它在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有显著的应用优势。

此外，铝合金还具有良好的导热性、导电性和耐腐蚀性，这些特性对于其塑性成形过程至关重要。

1.2 塑性成形的热力学基础塑性成形过程中，铝合金的变形伴随着能量的转换和传递。

热力学分析是研究材料在变形过程中能量变化的重要手段。

通过热力学分析，可以了解铝合金在成形过程中的温度变化、热量的产生与传递，以及这些因素对材料性能的影响。

1.3 塑性变形机制铝合金在塑性成形过程中，其内部结构会发生改变，包括位错运动、晶粒变形和再结晶等。

这些变形机制与铝合金的微观结构密切相关，同时也受到外部条件如温度、应力和应变率等因素的影响。

二、铝合金塑性成形的热力学分析方法对铝合金塑性成形过程进行热力学分析，可以帮助我们更好地理解材料在成形过程中的行为，优化成形工艺，提高产品质量。

2.1 热力学模型的建立在铝合金塑性成形的热力学分析中，首先需要建立合适的热力学模型。

这通常涉及到对材料的热物理性质、变形机制和热交换过程的描述。

模型的建立需要考虑材料的非线和多物理场的耦合效应。

2.2 有限元模拟有限元模拟是一种常用的热力学分析方法，它通过将连续的物理问题离散化，转化为可解的代数方程组。

在铝合金塑性成形的有限元模拟中，可以模拟材料在成形过程中的温度场、应力场和应变场，预测材料的变形行为和可能的缺陷。

2.3 实验验证理论分析和模拟计算的结果需要通过实验进行验证。

实验方法包括高温拉伸试验、热模拟试验和微观结构分析等。

通过实验数据与模拟结果的对比，可以评估模型的准确性和可靠性，为铝合金塑性成形工艺的优化提供依据。

弹性力学的应力弛豫与塑性变形分析

弹性力学的应力弛豫与塑性变形分析弹性力学是研究物体在变形后能够恢复原状的力学学科。

在实际应用中，很多材料在受力后会发生塑性变形，即不能完全恢复原来的形状。

本文将重点探讨弹性力学中的应力弛豫和塑性变形现象，并分析其原因和应用。

一、应力弛豫应力弛豫是指材料在受力后，其内部应力随时间逐渐减小的过程。

这种现象可以在实验中观察到，常见于高分子材料、液晶等多种物质中。

应力弛豫的形成可以归结为材料内部的结构重排和分子运动。

在弹性力学中，材料受力后会发生分子位移和能量重分布，导致内部结构的变化。

这些变化需要一定的时间来完成，因此材料内部的应力也会随时间逐渐减小。

这种时间相关的应力变化称为弛豫，表现为应力-时间的曲线。

应力弛豫的具体原因可以从分子层面进行解释。

在材料受力后，分子会发生位移和转动，从而改变原有的排列和结构。

这些结构的变化需要时间来完成，直到达到新的力平衡状态。

因此，在应力弛豫过程中，材料内部的分子会经历一系列的位移和调整，导致应力逐渐减小。

应力弛豫对材料的影响是多方面的。

首先，它可以改变材料的物理性质，如导电性、热传导性等。

其次，它还可以影响材料的力学性能，如强度、刚度等。

因此，对于需要长时间保持稳定性能的材料，在设计和选择时需要考虑应力弛豫的效应。

二、塑性变形分析与应力弛豫不同，塑性变形指的是在外力作用下，材料发生的不可逆性变形。

这种变形无法通过解除外力或应力恢复为原始状态。

塑性变形是金属材料等多种材料中常见的力学现象。

塑性变形的发生需要材料达到一定的应力水平，使其超过了其弹性极限。

当材料达到弹性极限后，其内部原子会发生塑性畸变，从而导致整体的变形。

这种塑性畸变包括原子间的位移和滑移等，使得材料的晶格结构变得不规则。

塑性变形的原因可以从晶体结构和材料缺陷两个方面进行解释。

首先，晶体结构本身在受力时会发生弹性和塑性的变化。

其次，材料中的晶界、位错和孔隙等缺陷也会在受力时起到重要作用，促进塑性变形的发生。

超塑性成形的原理及应用

超塑性成形的原理及应用1. 超塑性成形的定义超塑性成形是一种金属加工方法，通过在高温下施加压力使金属材料具有超塑性，从而实现复杂形状的制造。

2. 超塑性成形的原理超塑性成形的原理主要涉及金属材料的微观结构和形变机制。

2.1 微观结构超塑性材料具有特殊的微观结构，通常是由细小的晶粒和高温下的晶界扩散组成。

这种微观结构使得金属材料在高温下容易发生塑性变形。

2.2 形变机制超塑性成形主要通过两种形变机制实现：•滑移机制：材料的晶粒沿着晶界滑移，形成细长的晶粒。

这种滑移机制使得材料在高温下能够发生较大的塑性变形。

•胀裂机制：在高温下，材料变形时会在晶界产生小裂纹，然后通过扩散修复这些裂纹，完成塑性变形。

3. 超塑性成形的应用超塑性成形在许多工业领域都有广泛的应用，下面列举其中几个典型的应用。

3.1 航空航天工业超塑性成形在航空航天工业中被广泛应用于制造复杂形状的航空零部件，如发动机叶片、导向器等。

超塑性成形技术能够实现复杂曲率的制造，提高零部件的性能和寿命。

3.2 汽车工业超塑性成形在汽车工业中被应用于制造汽车外壳和车身构件。

由于超塑性成形能够实现复杂曲面的成形，可以有效减少焊接接头和减轻车身重量，从而提高汽车的燃油效率和安全性能。

3.3 石油化工工业超塑性成形在石油化工工业中常用于制造反应器、换热器和塔器等设备。

超塑性成形技术能够制造出更大尺寸的设备，降低焊接接头的数量和风险，提高设备的可靠性和安全性。

3.4 电子工业超塑性成形在电子工业中被应用于制造微型零部件，如手机外壳、导电网格等。

超塑性成形技术能够制造出更细小、复杂的零部件，满足电子产品越来越小型化、轻量化和高性能化的需求。

4. 超塑性成形的优点和挑战超塑性成形具有以下优点： - 可以制造出复杂形状的零部件，减少后续加工工序； - 可以提高材料的力学性能和耐腐蚀性能； - 可以减少材料的残余应力。

然而，超塑性成形也面临一些挑战： - 高温下的材料处理复杂，需要精确控制温度和应力； - 高温下的工艺条件对设备要求较高； - 需要选择合适的超塑性材料。

金属塑性成形原理及工艺

2
4．锻造
锻造的示意图如图 4 所示。锻造可以分为自由锻造和模锻。自由锻造一般是在锤锻或者水压机上，利用简单的工具将金属锭或者块料锤成所需要形状和尺寸的加工方法。自由锻造不需要专用模具，因而锻件的尺寸精度低、生产效率不高。模锻是在模锻锤或者热模锻压力机上利用模具来成形的。金属的成形受到模具的控制，因而其锻件的外形和尺寸精度高，生产效率高，适用于大批量生产，模锻又可以分为开式模锻和闭式模锻。
4
变形问题和轴对程问题；（5）屈服准则：屈雷斯加屈服准则、密席斯屈服准则、屈服准则的几何表达、平面问题和轴对程问题中屈服准则的简化；（6）本构方程：弹性应力应变关系、塑性变形时应力应变关系的特点、塑性变形的增量理论、塑性变形的全量理论；
六、课程要求
金属塑性加工原理的任务是研究塑性成形中共同的规律性问题，就是在阐述应力、应变理论以及屈服准则等塑性理论的基础上，研究塑性加工中有关力学问题的各种解法，分析变形体内的应力和应变分布，确定变形力和变形功，为选择设备和模具设计提供依据。所以，要求大家：（1）掌握金属塑性变形的金属学基础，具体的说就是金属的结构和金属塑性变形机理。（2）了解影响金属塑性和塑性成形的主要因素。（3）掌握塑性变形的力学基础：包括应力分析、应变分析、屈服准则和应力应变关系。（4）掌握塑性成形力学问题的各种解法以及其在具体工艺中的应用。
图4
5．冲压
冲压又可以分为拉深、弯曲、剪切等等。其示意图见图 5。拉深等成形工序是在曲柄压力机上或者油压机上用凸模把板料拉进凹模中成形，用以生产各种薄壁空心零件。弯曲是坯料在弯矩的作用下成形，如板料在模具中的弯曲成形、板带材的折弯成形、钢材的矫直等等。剪切是指坯料在剪切力作用下进行剪切变形，如板料在模具中的冲孔、落料、切边、板材和钢材的剪切等等。

材料力学的基本知识及应用领域

材料力学的基本知识及应用领域材料力学是研究材料在外力作用下的力学行为和性能的学科。

它是工程学和物理学的重要基础学科，广泛应用于材料科学、机械工程、土木工程、航空航天等领域。

本文将介绍材料力学的基本知识和一些典型的应用领域。

一、弹性力学弹性力学是材料力学的基础，研究材料在外力作用下的弹性变形和应力分布规律。

弹性力学的基本原理是胡克定律，即应力与应变之间的线性关系。

根据胡克定律，可以计算材料的应力、应变、弹性模量等参数，进而预测材料的弹性行为和性能。

弹性力学在工程中的应用非常广泛。

例如，在设计建筑结构时，需要计算材料在外力作用下的变形和应力分布，以保证结构的安全性和稳定性。

此外，弹性力学还可以应用于材料的弹性模量测量、弹性形变的分析和材料的弹性失效分析等方面。

二、塑性力学塑性力学研究材料在外力作用下的塑性变形和应力分布规律。

与弹性力学不同，塑性力学考虑了材料的塑性变形，即材料在超过弹性限度后会出现不可逆的形变。

塑性力学的基本原理是屈服准则，根据不同的屈服准则可以计算材料的屈服强度、塑性应变等参数，进而预测材料的塑性行为和性能。

塑性力学在工程中的应用也非常广泛。

例如，在金属加工中，需要考虑材料的塑性变形，以实现材料的塑性成形。

此外，塑性力学还可以应用于材料的塑性失效分析、塑性变形的模拟和预测等方面。

三、断裂力学断裂力学研究材料在外力作用下的断裂行为和断裂韧性。

材料的断裂是指在外力作用下，材料出现裂纹并扩展至破裂的过程。

断裂力学的基本原理是线弹性断裂力学理论，根据该理论可以计算材料的断裂韧性、断裂强度等参数，进而预测材料的断裂行为和性能。

断裂力学在工程中的应用也非常重要。

例如，在设计结构时，需要考虑材料的断裂韧性，以确保结构的抗断裂能力。

此外，断裂力学还可以应用于材料的断裂失效分析、裂纹扩展的预测和控制等方面。

四、疲劳力学疲劳力学研究材料在交变应力作用下的疲劳寿命和疲劳失效机制。

材料的疲劳是指在交变应力作用下，材料由于应力集中、裂纹扩展等原因导致失效的过程。

精选塑性成形的特点与基本生产方式

2）. 弯曲时容易出现的问题
②裂纹板料越厚，内弯曲半径越小，拉应力越大，越容易弯裂。故变形程度不能过大，rmin=(0.25～1)t 。弯曲线与材料的纤维线垂直时, 允许的rmin较小；若弯曲线与纤维线平行（重合）时, 则易开裂。
2）. 弯曲时容易出锻造：生产各种重要的，承受重载荷的零件毛坯，如：机床主轴、齿轮、炮筒、枪管、起重机吊钩等。冲压：加工板料、垫圈、铆钉、支架、合页等。轧制、拉拔、挤压：板材、管材和线材。
1. 冷变形强化（加工硬化）：冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的强度、硬度↑，塑性和韧性↓。利弊：提高强度，但塑性下降，进一步加工造成困难，需中间退火处理。纯金属、A体不锈钢、形变铝合金的强化，用冷轧、冷挤、冷拔或冷冲压加工。
（二）.锤上模锻
（1）锤上模锻设备：锤上模锻所用设备有蒸汽—空气锤、高速锤等。（2）锻模结构：锤上模锻所用的锻模都由上模和下模组成。如图所示。
（2）锻模结构
1-锤头 2-上模 3-飞边槽 4-下模 5-模垫 6、7、10-紧固楔铁 8-分模面 9-模膛
（3）设计模锻斜度外壁斜度：5～7 0 内壁斜度：7～12 0
（4）设计模锻圆角外圆角：r = 1.5～12mm 内圆角：R=（2～3）r
例：绘制齿轮坯模锻件图
零件图
确定分模面
确定加工余量
设计模锻斜度
3.胎模锻的种类
（1）扣模：来生产长杆，非回转体锻件。（2）套筒模：锻模为圆筒形，生产齿轮、法兰、盘等。（4）合模：由上模和下模组成。
精密模锻 play
锻压生产线 play
塑性成形作业一1.自由锻和模锻的特点和应用范围有什么不同？2.预锻模膛和终锻模膛的作用是什么？二者在结构上有何区别？

塑性加工理论与应用于金属成形的数值模拟

塑性加工理论与应用于金属成形的数值模拟塑性加工是一种重要的金属成形方法，广泛应用于工业生产中。

为了提高塑性加工的效率和质量，并减少试验成本和时间，数值模拟在金属成形领域中得到了广泛的应用。

本文将探讨塑性加工理论以及如何将数值模拟应用于金属成形。

塑性加工理论是基于金属的塑性变形行为来描述和预测金属在形状改变过程中的力学行为。

塑性加工理论的基础是塑性流动的本构关系，即材料应力和应变之间的关系。

最常用的塑性加工理论是屈服准则理论，它描述了材料在达到屈服点之后的流变行为。

在金属成形的过程中，应用屈服准则理论可以预测材料的流动行为，从而设计出适当的成形工艺。

然而，仅仅依靠塑性加工理论无法准确地预测金属材料的成形过程，因为金属成形过程中涉及到复杂的变形、应力分布和热机能影响等因素。

这就需要使用数值模拟方法来辅助塑性加工理论的应用。

数值模拟是利用计算机数值方法对实际物理过程进行仿真和预测的一种方法。

在金属成形领域，数值模拟可以提供有关成形过程中金属的应力、应变、温度分布等重要信息。

数值模拟方法通常包括有限元法和有限差分法。

有限元法是一种将复杂的物理问题分解为小的离散单元的方法，通过求解大量离散方程组来模拟实际问题。

有限差分法则是用差分近似替代微分方程，将连续问题转化为离散问题。

在金属成形中，数值模拟可以帮助设计和优化金属成形工艺。

通过数值模拟，可以分析不同工艺参数对成形过程中的材料流动和应力分布的影响。

例如，在压力成形过程中，数值模拟可以确定适当的压力和速度，以避免材料的不均匀变形和破裂。

此外，数值模拟还可以预测在金属成形过程中可能出现的缺陷，如裂纹、疲劳等，从而提前采取适当的措施。

然而，数值模拟在应用中也存在一些问题和挑战。

首先，金属材料的塑性行为和流动规律非常复杂，需要建立准确的本构模型来描述材料的行为。

其次，数值模拟的计算精度和计算效率需要进行平衡，因为提高模拟的精度往往会增加计算的时间和成本。

最后，数值模拟结果的验证和验证也是一个重要的问题，需要与实际试验结果进行对比和分析，以确保模拟结果的准确性和可靠性。

塑性力学在模拟仿真上的应用

塑性力学在模拟仿真上的应用一.引言塑性力学理论在金属塑性成形过程中应用广泛。

轧制，挤压，锻造等塑性成形工艺在如今的生产活动中随处可见。

随着社会对产品精度需求不断提升，产品结构越来越复杂，人们对生产工艺的要求也越来越高，在复杂成型过程中，影响成形的因素非常之多，这就导致了传统的成型理论已经不能满足目前的生产需要，而且传统的计算方法的计算效率也逐渐不能满足生产需要。

随着计算机技术的发展，有限元方法在金属塑性成型的领域发挥着越来越重要的作用，成为了解决金属成型问题的主要方法。

有限元方法可以对多种因素耦合的金属成型过程进行精确，快速地模拟，因此对比传统方法能够显著降低对材料时间的浪费和设备的损耗，大大降低生产成本，提高市场竞争力。

有限元方法的发展历史可以分为以下几个阶段：1969年，约翰·伯努利提出最速曲线问题。

该问题最初被雅克布·伯努利和洛必达注意到，后来欧拉首先对最速曲线问题做出了详细阐述，并于1733年发表《变分原理》，为变分法奠定了基础。

随后，拉格朗日在1786年确定了一种确定极值的方法，为变分法的完善做出了非常大的贡献。

1943年，Courant在论文中取定义在三角形域上分片连续函数，利用最小势能原理研究St.Venant的扭转问题。

该成果奠定了将连续网络划分成有限单元的基本思路。

1960年，克拉夫第一次提出“有限元”的概念。

二.有限元基本原理2.1有限元的基本思路与步骤1）连续网络的离散：将连续结构离散为有限单元组成的计算模型，离散后单元与单元之间通过单元节点连接；单元节点的设置、性质、数目等参数应考虑实际问题的类型，描述变形形态的需要和计算精度而定，一般情况单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但与此同时，计算量与计算时间增长。

需要注意的是，有限元分析中已经离散后的结构并不是原本的物体，而是由大量有限个单元体连接成的离散结构。

所以用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。

塑性成形原理

塑性成形原理塑性成形是指通过外力作用下，金属材料经过塑性变形，改变其外形和尺寸的加工方法。

在工程制造中，塑性成形是一种常用的加工工艺，可以用于生产各种各样的零部件和产品。

塑性成形原理是塑性加工的基础，了解和掌握塑性成形原理对于工程技术人员来说至关重要。

首先，塑性成形原理的基础是金属材料的塑性变形特性。

金属材料在外力作用下会发生塑性变形，这是因为金属材料的内部结构存在晶粒和晶界，晶粒内部存在位错。

当外力作用到金属材料上时，位错会发生滑移和交错，从而引起晶粒的形变，最终导致金属材料整体的塑性变形。

因此，了解金属材料的晶体结构和塑性变形机制是理解塑性成形原理的关键。

其次，塑性成形原理涉及到金属材料的应力和应变关系。

在塑性成形过程中，金属材料会受到外力的作用，从而产生应力。

当应力超过金属材料的屈服强度时，金属材料就会发生塑性变形。

而金属材料的应变则是指金属材料在外力作用下的变形程度，通常用应变曲线来描述金属材料的应力和应变关系。

通过研究金属材料的应力和应变关系，可以确定金属材料的塑性变形特性，为塑性成形工艺的设计和优化提供依据。

另外，塑性成形原理还包括金属材料的流变行为。

金属材料在塑性成形过程中会发生流变，即金属材料的形状和尺寸会发生变化。

了解金属材料的流变行为可以帮助工程技术人员选择合适的成形工艺和工艺参数，从而实现对金属材料的精确成形。

总的来说，塑性成形原理是塑性加工的基础，它涉及金属材料的塑性变形特性、应力和应变关系以及流变行为。

掌握塑性成形原理可以帮助工程技术人员更好地理解金属材料的加工特性，指导和优化塑性成形工艺，提高产品的质量和生产效率。

因此，对于从事工程制造和金属加工的人员来说，深入学习和掌握塑性成形原理是非常重要的。

塑性加工成形过程中的力学模拟分析

塑性加工成形过程中的力学模拟分析
塑性加工成形过程是指将材料通过塑性变形令其成为所需要的形状的过程。

可
分为拉伸成形、压缩成形、弯曲成形等多种方式，而塑性加工成形过程中的力学模拟分析旨在为生产制造提供技术支持。

首先，塑性加工成形过程需要进行材料力学分析，确定所需的成形方式和参数。

在此基础上，进行有限元模拟分析，使用有限元软件将材料的塑性加工成形过程进行数字模拟。

其次，进行力学分析的过程中需要考虑力学因素对于成形质量的影响。

比如，
对于拉伸成形，应考虑拉伸应力的大小和方向，拉伸速度等规律。

对于压缩成形，应考虑压缩应力的大小和方向，压缩速度等规律。

对于弯曲成形，应考虑弯曲应力的大小和方向，弯曲速度等规律。

然后，进行力学分析时需要考虑材料的各种特性，比如材料的硬度、韧性、弹
性等。

同时还需要考虑材料所受到的外界力量，比如机器设备施加的力量、各种工具所施加的力量等。

同时还需要考虑温度对于材料特性的影响，比如材料的延展性等。

最后，需要考虑到进行力学分析所需要的软件和计算方法。

常用的有限元分析
软件有ANSYS、ABAQUS等，对于具体问题应选择合适的软件进行模拟分析。

另外，在进行数字模拟前，还需要进行实际加工试验，以验证模拟结果的准确性。

总之，力学模拟分析是塑性加工成形过程中的非常重要的一环，它可以提供科
学的制造技术支持，为材料加工成形提供指导和优化方案，有效降低材料加工成形的成本，提高了生产效率和质量。

因此，力学分析已成为现代制造业中不可或缺的一部分。