金属塑性成型原理考试题库

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。

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。

16、常用的摩擦条件及其数学表达式。

17、研究塑性力学时，通常采用的基本假设有、、、体积力为零、初应力为零、。

19. 塑性是指：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。

20. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。

21．影响金属塑性的主要因素有：化学成分、组织、变形温度、变形速度、应力状态。

22. 等效应力表达式：。

24. 平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σ z =________。

25．塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦。

26．对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加。

27．就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性提高。

28．钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化皂化润滑处理。

29．为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称叫添加剂。

30．材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现
象叫超塑性。

31．韧性金属材料屈服时，密席斯（Mises）准则较符合实际的。

32．硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。

33．塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想塑性材料。

34．应力状态中的压应力，能充分发挥材料的塑性。

35．平面应变时，其平均正应力 ｍ等于中间主应力 ２。

36．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低。

37．材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为 １＝０.1，第二次的真实应变为 ２＝０.25，则总的真实应变 ＝0.35。

38．塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法。

39．弹性变形机理原子间距的变化；塑性变形机理位错运动为主。

二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上
1．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响A工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。

Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于；2．塑性变形时不产生硬化的材料叫做A。

Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料；3．用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为B。

Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法；4．韧性金属材料屈服时，A准则较符合实际的。

Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加；6．硫元素的存在使得碳钢易于产生A。

Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性；7．应力状态中的B应力，能充分发挥材料的塑性。

Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力；8．平面应变时，其平均正应力 ｍB中间主应力 ２。

Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于；9．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 B 。

Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化；
三、判断题
1．按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数μ=0.5。

（×）
2．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响小于工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。

（×）
3．静水压力的增加，对提高材料的塑性没有影响。

（×）4．在塑料变形时要产生硬化的材料叫理想刚塑性材料。

（×）5．塑性变形体内各点的最大剪应力的轨迹线叫滑移线。

（√）6．塑性是材料所具有的一种本质属性。

（√）
7．塑性就是柔软性。

（×）
8．合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。

（×）9．合金钢中的白点现象是由于夹杂引起的。

（×）
10．结构超塑性的力学特性为m
=，对于超塑性金属m =0.02-0.2。

S'ε
k
（×）
11．影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。

（√）
12．屈雷斯加准则与密席斯准则在平面应变上，两个准则是一致的。

（×）
13．变形速度对摩擦系数没有影响。

（×）
14．静水压力的增加，有助于提高材料的塑性。

（√ ）
15．碳钢中冷脆性的产生主要是由于硫元素的存在所致。

（×）
16．如果已知位移分量，则按几何方程求得的应变分量自然满足协调方程；若是按其它方法求得的应变分量，也自然满足协调方程，则不必校验其是否满足连续性条件。

（×）
17．在塑料变形时金属材料塑性好，变形抗力就低，例如：不锈钢（×）
一．填空题（每空1分，共20分）
4、随着金属塑性变形程度增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性（）。

这种现象叫加工硬化。

滑移系多的金属，加工硬化速率越大，一般细晶粒金属比粗晶粒金属的加工硬化速率高。

在进行
多道次塑性加工（如多道挤压）时，通常需要用中间退火工序来消除加工硬化。

5、热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、（ ）和扩散蠕变。

6、应变速率增加无足够的时间进行回复和再结晶，从而使金属的塑性降低。

但是增加应变速率使（ ）增大，从而使金属的温度升高。

7、静水应力越大，金属的塑性越高。

一般认为压缩应变有利于塑性的发挥，而拉伸应变则对塑性不利。

在三种主应变状态中（ ）应变状态塑性最好。

9、屈雷斯加（Tresca ）屈服准则是指当受力物体中的最大剪应力达到某一定值时物体发生屈服。

而米塞斯（Mises ）屈服准则的物理意义则是当（ ）达到某一常数时，材料就屈服。

10、屈雷斯加（Tresca ）屈服准则在应力主空间是以等倾线为轴线的正六棱柱面，在π平面上是正六边形。

而米塞斯（Mises ）屈服准则在应力主空间是（ ），在π平面上是一个圆。

平面应力的米塞斯（Mises ）屈服轨迹在应力主空间为椭圆。

11、对于加工硬化材料，某时刻其屈服轨迹为()ij f Y σ=，当d d 0ij ij f f σσ∂=>∂时为（ ），当d d 0ij ij
f f σσ∂=<∂时为卸载。

12、弹性状态下，应变与应力呈线性关系，故应变主轴始终与应力主轴（ ）。

13、塑性变形的增量理论有：列维-米塞斯（Levy-Mises ）理论，普朗特-路埃斯（Prandtl-Reuss ）理论和圣维南流动方程。

其中描述应变速率与应力偏张量关系的是圣维南流动方程。

而描述总应变增量与应力张量关系的是（
）。

14、按应力应变顺序对应关系，当主应力123σσσ>>时则1ε >2ε >3ε ，按中间关系，当13
22σσσ+≥时，则2ε ( ) 0。

填空题
1. 冷塑性变形的主要机理
2. 金属塑性变形的特点:不同时性、相互协调性和不均匀性.
3. 随着变形程度的增加,金属的强度 硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为:加工硬化
4. 塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力
5. 塑性指标是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示,通过拉伸试验可以的两个塑性指标为:伸长率和断面收缩率
6. 影响金属塑性的因素主要有:化学成分和组织 变形温度 应变速率 应力状态(变形力学条件)
7. 晶粒度对于塑性的影响为:晶粒越细小,金属的塑性越好
8. 应力状态对于塑性的影响可描述为(静水压力越大)主应力状态下压应力个数越多 数值越大时,金属的塑性越好
9. 平面变形时,没有变形方向(设为z 向)的正应力
为:12132()z m σσσσσ==+=
10. 纯切应力状态下,两个主应力数值上相等,符号相反 11. 屈雷斯加屈服准则和米塞斯屈服准则的统一表达式为:13s σσβσ-=,表达式中的系数β的取值范围为:1 1.155β=:
12. 塑性变形时,当主应力顺序123σσσ>>不变,且应变主轴方向不变时,
则主应变的顺序为:123εεε>>
13. 摩擦机理有：表面凸凹学说、分子吸附学说、粘着理论
一、填空题
2. 塑性是指： 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 。

3. 金属单晶体变形的两种主要方式有： 滑移 和 孪生 。

4. 等效应力表达式：。

8．对数应变的特点是具有真实性、可靠性和 可加性 。

9．就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性 提高 。

10．钢冷挤压前，需要对坯料表面进行 磷化皂化 润滑处理。

11．为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称叫 添加剂 。

12．材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过 １００％ 的现
象叫超塑性。

13．韧性金属材料屈服时，密席斯（Mises）准则较符合实际的。

14．硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。

15．塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想塑性材料。

16．应力状态中的压应力，能充分发挥材料的塑性。

17．平面应变时，其平均正应力 ｍ等于中间主应力 ２。

18．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低。

19．材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为 １＝０.1，第二次的真实应变为 ２＝０.25，则总的真实应变 ＝0.35 。

20．塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法。

21．弹性变形机理原子间距的变化；塑性变形机理位错运动为主。

二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上1．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响A工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。

Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于；
2．塑性变形时不产生硬化的材料叫做A。

Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料；
3．用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为B。

Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法；
4．韧性金属材料屈服时，A准则较符合实际的。

Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加；
5．由于屈服原则的限制，物体在塑性变形时，总是要导致最大的 A 散逸，这叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；Ｂ、力；Ｃ、应变；6．硫元素的存在使得碳钢易于产生A。

Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性；
7．应力状态中的B应力，能充分发挥材料的塑性。

Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力；
8．平面应变时，其平均正应力 ｍB中间主应力 ２。

Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于；9．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 B 。

Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化；
10．多晶体经过塑性变形后各晶粒沿变形方向显著伸长的现象称为A。

Ａ、纤维组织；Ｂ、变形织构；Ｃ、
流线；
一、填空题：（每题 3 分，共计 30 分）
1. 衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有_____ 和_____ 。

2. 所谓金属的再结晶是指_____的过程。

3. 金属热塑性变形机理主要有：_____ 、_____ 、_____ 和_____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_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 等几方面的因素。

二． 填空题（每空1分，共20分）
3、金属的晶粒越细，屈服强度越（ ），金属的晶粒越细小，金属的塑性越好。

4、随着金属塑性变形程度增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性（ ）。

这种现象叫加工硬化。

5、热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、（ ）和扩散蠕变。

6、应变速率增加无足够的时间进行回复和再结晶，从而使金属的塑性降低。

但是增加应变速率使（ ）增大，从而使金属的温度升高。

7、静水应力越大，金属的塑性越高。

一般认为压缩应变有利于塑性的发挥，而拉伸应变则对塑性不利。

在三种主应变状态中（ ）应变状态塑性最好。

12、弹性状态下，应变与应力呈线性关系，故应变主轴始终与应力主轴（ ）。

14、按应力应变顺序对应关系，当主应力123σσσ>>时则1ε >2ε >3ε ，按中间关系，当13
22σσσ+≥时，则2ε ( ) 0。

计算题
1 应力
1. 对于直角坐标系 Oxyz 内，已知受力物体内一点的应力张量为
，应力单位为 Mpa ， 求出该点的应力张量不变
量、主应力及主方向、最大切应力、八面体应力、 应力偏张量及应力球张量。

2. 已知1010010201001010ij σ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦
（MPa ），试求主应力、主切应力及主切应力面上的正应力
3. 已知变形体某点的应力状态为： ⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=015151520015010ij σ， （1）将它分解为应力球张量和应力偏张量
（2）求出主应力1σ、2σ、3σ之值各为多少。

4．已知金属变形体内一点的应力张量为
Mpa ，求： (1) 计算方向余弦为 l =1/2 ， m =1/2 ， n =
的斜截面上的正应
力大小。

(2) 应力偏张量和应力球张量；
(3) 主应力和最大剪应力；
5. 已知题图示变形体内某质点应力单元体，设每个箭头代表的应力分量矢量大小为5 MPa ，方向如图示，试按下述要求求解：
1) 写出应力张量式（注意应力的符号）； ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡
=ij σ 2) 用应力特征方程求出该点的：主应力
σ1、σ2、σ3。

3) 求主坐标系下方向余弦为⎪⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛31313
1n m l 斜截面上的全应力分量S 1、S 2、S 3，全应力S ，正应力σ和剪应力τ。

4) 若设此变形体材料的屈服应力σs 为14 MPa ，试分别用H.Tresca 和V on.Mises 准则判断此应力状态下材料处于弹性还是塑性状态。

（已知6.27=）
2主应力法
1. 一圆柱体，侧面作用有均布压应力0σ，试用主应力法求镦粗力P
和单位流动压力p ，设2
mY τ=
求高为h 、直径为d 的圆柱体平砧间自由镦粗时接触面上的压应力y
σx
y
z
和单位变形力p，设mK
τ=
2. 试用主应力法法推导粗糙砧面压缩矩形块（Z 向不变形）的变形力P 表达式，这里接触摩擦
3. 如下图所示的平行模板压缩件，其长宽高为l x h x b，长度l远大于h、b，假定表面摩擦力为常数，
（1）试用主应力法推导模板接触表面上的正应力分布；
（2）求模板接触表面的压力F。

4. 下图示平砧上镦粗长矩形截面的钢坯，其宽度为b，高度为h，长度l远大于b，若接触面上摩擦条件符合库仑摩擦定律τ=μσy，
1) 试用主应力法推导平砧表面压应力；
2）计算所需变形力P 的表达式。

3 屈服或增量
1. 推导应力偏张量第三不变量与应变的增量的关系，并分析应力偏张量的第三不变量与应变类型之间的关系。

2. 已知开始塑性变形时点的应力状态为⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=0000151501575ij σ，试求： （1）主应力大小
（2）作为平面应力问题处理时的最大切应力和单轴向屈服应力
（3）作为空间应力状态处理时按屈雷斯加和米塞斯准则计算的单轴向屈服应力
3. 某工件受平面应力作用而处于屈服状态，若工件的受力状态由A1变化到C1（如下图所示），分析该过程各个方向的尺寸变化规律。

4. 某理想塑性材料在平面应力状态下的各应力分量为75=x σ，15=y σ，15=xy τ，若该应力状态足以产生屈服，试问该材料的屈服应力是多少？
5．某理想塑性材料，其屈服应力为100 (单位：10MPa) ，某点的应力状态为：
10
153023030⨯⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅⋅⋅-=ij σMPa
1）将其各应力分量画在如图所示的应力单元图中；
2）采用屈服准则判断该点处于什么状态（弹性/塑性）？
6. 变形体屈服时的应力状态为：
MPa 试分别按Mises 和Tresca 塑性条件计算该材料的屈服应力
及值，并分析
差异大小。

Y
Z
7. 求下列情况下塑性应变增量的比：
（1）单向应力状态s σσ=1
（2）纯剪切应力状态3s s στ=
8. 金属塑性变形时，已知某点的应力状态MPa ，（i ，j=x ，y ，z ），试写出其张量分解方程，指出分解张量的名称，并说明它们与什么变形有关？最后求出的比值。

9. 已知塑性状态下某质点的应力张量⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=35005015005050ij σ，应变分
量δε1.0=x d （δ为一无限小量）。

试求应变增量的其余分量。

（8分）。