合工大版材料成型原理課后習題參考答案(重要習題加整理).doc

第二章 凝固溫度場P498. 對于低碳鋼薄板，采用鎢極氬弧焊較容易實現(xiàn)單面焊雙面成形（背面均勻焊透）。采用同樣焊接規(guī)范去焊同樣厚度的不銹鋼板或鋁板會出現(xiàn)什么后果？為什么？解：采用同樣焊接規(guī)范去焊同樣厚度的不銹鋼板可能會出現(xiàn)燒穿，這是因為不銹鋼材料的導熱性能比低碳鋼差，電弧熱無法及時散開的緣故；相反，采用同樣焊接規(guī)范去焊同樣厚度的鋁板可能會出現(xiàn)焊不透，這是因為鋁材的導熱能力優(yōu)于低碳鋼的緣故。9. 對于板狀對接單面焊焊縫，當焊接規(guī)范一定時，經(jīng)常在起弧部位附近存在一定長度的未焊透，分析其產(chǎn)生原因并提出相應(yīng)工藝解決方案。解：（1）產(chǎn)生原因：在焊接起始端，準穩(wěn)態(tài)的溫度場尚未形成，周圍焊件的溫度較低，電弧熱不足以將焊件熔透，因此會出現(xiàn)一定長度的未焊透。（2） 解決辦法：焊接起始段時焊接速度慢一些，對焊件進行充分預(yù)熱，或焊接電流加大一些，待焊件熔透后再恢復(fù)到正常焊接規(guī)范。生產(chǎn)中還常在焊件起始端固定一個引弧板，在引弧板上引燃電弧并進行過渡段焊接，之后再轉(zhuǎn)移到焊件上正常焊接。第4章 單相及多相合金的結(jié)晶 P909.何為成分過冷判據(jù)?成分過冷的大小受哪些因素的影響? 答: “成分過冷”判據(jù)為: 當“液相只有有限擴散”時，N=，代入上式后得 ( 其中: GL 液相中溫度梯度 R 晶體生長速度 mL 液相線斜率 C0 原始成分濃度DL 液相中溶質(zhì)擴散系數(shù)K0 平衡分配系數(shù)K )成分過冷的大小主要受下列因素的影響:1）液相中溫度梯度GL , GL越小,越有利于成分過冷2）晶體生長速度R , R越大,越有利于成分過冷3）液相線斜率mL ,mL越大,越有利于成分過冷4）原始成分濃度C0, C0越高,越有利于成分過冷5）液相中溶質(zhì)擴散系數(shù)DL, DL越底,越有利于成分過冷 6）平衡分配系數(shù)K0 ,K01時，K0 越 小,越有利于成分過冷；K01時，K0越大,越有利于成分過冷。(注:其中的GL和 R 為工藝因素,相對較易加以控制; mL , C0 , DL , K0 ,為材料因素,較難控制 ) 13.影響枝晶間距的主要因素是什么？枝晶間距與材料的機械性能有什么關(guān)系？答: 影響枝晶間距的主要因素: 純金屬的枝晶間距主要決定于晶面處結(jié)晶潛熱散失條件，而一般單相合金的枝晶間距則還受控于溶質(zhì)元素在枝晶間的擴散行為。通常采用的有一次枝晶（柱狀晶主干）間距d1、和二次分枝間距d2兩種。前者是胞狀晶和柱狀樹枝晶的重要參數(shù)，后者對柱狀樹枝晶和等軸枝晶均有重要意義。一次枝晶間距與生長速度R、界面前液相溫度梯度GL直接相關(guān)，在一定的合金成分及生長條件下，枝晶間距是一定的，R及GL增大均會使一次間距變小。 二次臂枝晶間距與冷卻速度（溫度梯度GL及生長速度R）以及微量變質(zhì)元素（如稀土）的影響有關(guān)。枝晶間距與材料的機械性能: 枝晶間距越小，組織就越細密，分布于其間的元素偏析范圍就越小，故越容易通過熱處理而均勻化。而且，這時的顯微縮松和非金屬夾雜物也更加細小分散，與成分偏析相關(guān)的各類缺陷（如鑄件及焊縫的熱裂）也會減輕，因而也就越有利于性能的提高。第7章 液態(tài)金屬與氣相的相互作用 P1327. 氮、氫、氧對金屬的質(zhì)量有何影響？答：1使材料脆化 鋼材中氮、氫或氧的含量增加時，其塑性和韌性都將下降，尤其是低溫韌性下降更為嚴重。2形成氣孔 氮和氫均能使金屬產(chǎn)生氣孔。液態(tài)金屬在高溫時可以溶解大量的氮或氫，而在凝固時氮或氫的溶解度突然下降，這時過飽和的氮或氫以氣泡的形式從液態(tài)金屬中向外逸出。當液態(tài)金屬的凝固速度大于氣泡的逸出速度時，就會形成氣孔。3產(chǎn)生冷裂紋 冷裂紋是金屬冷卻到較低溫度下產(chǎn)生的一種裂紋，其危害性很大。氫是促使產(chǎn)生冷裂紋的主要因素之一。4引起氧化和飛濺 氧可使鋼中有益的合金元素燒損，導致金屬性能下降；焊接時若溶滴中含有較多的氧和碳，則反應(yīng)生成的CO氣體因受熱膨脹會使熔滴爆炸，造成飛濺，影響焊接過程的穩(wěn)定性。此外應(yīng)當指出，焊接材料具有氧化性并不都是有害的，有時故意在焊接材料中加入一定量的氧化劑，以減少焊縫的氫含量，改善電弧的特性，獲得必要的熔渣物化性能。第九章 液態(tài)金屬的凈化與精煉 P1541、何謂沉淀脫氧？試述生產(chǎn)中常用的幾種沉淀脫氧反應(yīng)。答：（1）沉淀脫氧是指溶解于液態(tài)金屬中的脫氧劑直接和熔池中的FeO起作用，使其轉(zhuǎn)化為不溶于液態(tài)金屬的氧化物，并析出轉(zhuǎn)入熔渣的一種脫氧方式。（2）生產(chǎn)中幾種常用的沉淀脫氧反應(yīng)： a 錳的脫氧反應(yīng)，Mn+FeO=Fe+(MnO) b 硅的脫氧反應(yīng)，Si+2FeO=2Fe+(SiO2) c 硅錳聯(lián)合脫氧反應(yīng)。4.綜合分析熔渣的堿度對脫氧、脫磷、脫硫的影響。脫氧 在熔渣脫氧時，堿度高不利于脫氧，但在用硅沉淀脫氧時，堿度高可以提高硅的脫氧效果。脫硫： 熔渣的還原性和堿度 渣中氧化鈣的濃度高和氧化亞鐵的濃度低都有利于反應(yīng)的行因此，在還原期中脫硫是有利的。熔渣堿度高也有利于脫硫。脫磷 脫磷的有利條件是高堿度和強氧化性的、粘度小的熔渣，較大的渣量和較低的溫度。5、試述熔渣脫硫的原理及影響因素。答：（1）熔渣脫硫的原理與擴散脫氧相似,。根據(jù)它是利用FeS在熔渣中和金屬液中的分配定律，通過在熔渣中脫S，達到對金屬的脫S作用。CaO、CaC2、MnO、MgO與熔渣中的FeS反應(yīng)而進行脫硫，當熔渣中的FeS含量減少時，鋼液中的FeS就向熔渣中擴散，這樣就間接達到了脫去鋼液中FeS的目的。 （2）影響因素 a、熔渣的還原性和堿度。在熔渣還原期中和熔渣的堿度高時都有利于脫硫。 b、粘度。粘度小有利于脫硫。 c、溫度。脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此溫度高有利于脫硫。 d、硫的活度。硫的活度大，容易從金屬液中析出，有利于脫硫。第10章 焊接熱影響區(qū)的組織與性能 P1681、何謂焊接熱循環(huán)？焊接熱循環(huán)的主要特征參數(shù)有那些？答：焊接熱循環(huán)：在焊接熱源的作用下，焊件上某點的溫度隨時間的變化過程，即焊接過程中熱源沿焊件移動時，焊件上某點溫度由低而高，達到最高值后，又由高而低隨時間的變化。決定焊接熱循環(huán)特征的主要參數(shù)有以下四個：（1）加熱速度H焊接熱源的集中程度較高，引起焊接時的加熱速度增加，較快的加熱速度將使相變過程進行的程度不充分，從而影響接頭的組織和力學性能。（2）最高加熱溫度max也稱為峰值溫度。距焊縫遠近不同的點，加熱的最高溫度不同。焊接過程中的高溫使焊縫附近的金屬發(fā)生晶粒長大和重結(jié)晶，從而改變母材的組織與性能。（3）相變溫度以上的停留時間tH在相變溫度TH以上停留時間越長，越有利于奧氏體的均勻化過程，增加奧氏體的穩(wěn)定性，但同時易使晶粒長大，引起接頭脆化現(xiàn)象，從而降低接頭的質(zhì)量。（4）冷卻速度C(或冷卻時間t8 / 5) 冷卻速度是決定焊接熱影響區(qū)組織和性能的重要參數(shù)之一。對低合金鋼來說，熔合線附近冷卻到540左右的瞬時冷卻速度是最重要的參數(shù)。也可采用某一溫度范圍內(nèi)的冷卻時間來表征冷卻的快慢，如800500的冷卻時間t8 / 5，800300的冷卻時間t8/3，以及從峰值溫度冷至100的冷卻時間t100?？傊附訜嵫h(huán)具有加熱速度快、峰值溫度高、冷卻速度大和相變溫度以上停留時間不易控制的特點3簡要說明易淬火鋼和不易淬火鋼HAZ粗晶區(qū)的組織特點和對性能的影響？答：（1）易淬火鋼HAZ粗晶區(qū)：在緊靠焊縫相當于低碳鋼過熱區(qū)的部位，由于晶粒嚴重粗化，故得到粗大的馬氏體，強度硬度很高，塑性韌性較低；正火區(qū)得到細小的馬氏體，強度硬度較高，但是比粗大馬氏體要低，塑性韌性比粗大馬氏體好。（2）不易淬火鋼HAZ粗晶區(qū)：由于金屬處于過熱的狀態(tài)，奧氏體晶粒發(fā)生嚴重的粗化，冷卻之后便得到粗大的組織。并極易出現(xiàn)脆性的魏氏組織。故該區(qū)的塑性、韌性較差。焊接剛度較大的結(jié)構(gòu)時，常在過熱粗晶區(qū)產(chǎn)生脆化或裂紋。9如何提高熱影響區(qū)的韌性？韌化的途經(jīng)有那些？答：（1）提高熱影響區(qū)的韌性的措施1)控制組織：對低合金鋼，應(yīng)控制含碳量，使合金元素的體系為低碳微量多種合金元素的強化體系,應(yīng)盡量控制晶界偏析。2)韌化處理: 對于一些重要的結(jié)構(gòu)，常采用焊后熱處理來改善接頭的性能。合理制定焊接工藝,正確地選擇焊接線能量和預(yù)熱、后熱溫度是提高焊接韌性的有效措施。（2）韌化的途徑：除了上述措施外，還有如細晶粒鋼(利用微量元素彌散強化、固熔強化、控制析出相的尺寸及形態(tài)等)采用控軋工藝，進一步細化鐵素體的晶粒，也會提高材質(zhì)的韌性；采用爐內(nèi)精煉，爐外提純等一系列措施，從而得到高純凈鋼，使鋼中的雜質(zhì)(S、P、O、N等)含量極低，使鋼材的韌性大為提高，也提高了焊接HAZ的韌性。10某廠制造大型壓力容器，鋼材為14MnMoVN鋼，壁厚36mm，采用手弧焊：1)計算碳當量及HAZ最大硬度Hmax（t8/5=4s）;2)根據(jù)Hmax來判斷是否應(yīng)預(yù)熱；3）如何把Hmax降至350HV以下；解：（1）依據(jù)查得14MnMoVN的成分wC=（0.10-0.18）%,wMn=（1.2-1.6）%,wMo=（0.41-0.65）%,wV=（0.05-0.15）%,代入上式得Pcm=0.255依據(jù) H max（HV10）= 140 + 1089 Pcm- 8.2 t 85 t 85=4s, Pcm=0.255得H max=524.89 HV（2）H max=524.89 HV 說明其淬硬傾向較大，冷裂傾向也隨之較大，應(yīng)該預(yù)熱（3）依據(jù) H max（HV10）= 140 + 1089 Pcm- 8.2 t 85 H max8.26 s由壁厚36mm可知鋼板為厚板所以 冷卻時間隨著線能量E和初始溫度T0的提高而延長，焊接方式和材料確定，則線能量E確定，主要是通過提高初始溫度即預(yù)熱溫度來降低冷卻速度，延長時間大于8.26s。從而降低Hmax.第11章 凝固缺陷及控制 P21114、何謂液化裂紋？出現(xiàn)在焊接接頭的哪個區(qū)域？為什么？答： 液化裂紋是母材近縫區(qū)或焊縫層間金屬，在高溫下發(fā)生晶間液膜分離而導致的開裂現(xiàn)象。出現(xiàn)在焊接接頭的焊接熱影響區(qū)。從液化裂紋的定義可以知道，液化裂紋常出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)或多層焊的層間金屬中。這是由于熱影響區(qū)或多層焊層間金屬奧氏體晶界上的低熔點共晶，在焊接高溫下發(fā)生重新熔化，使金屬的塑性和強度急劇下降，在拉伸應(yīng)力作用下沿奧氏體晶界開裂而形成的。此外，在不平衡加熱和冷卻條件下，由于金屬間化合物分解和元素的擴散，造成局部地區(qū)共晶量偏高而發(fā)生局部晶間液化，也會產(chǎn)生液化裂紋。15. 試敘冷裂紋的種類及特征答：（1）冷裂紋的分類1）按形成的原因分為三種：延遲裂紋、淬硬脆化裂紋、低塑性脆化裂紋。2）按加工工藝特點：鑄造裂紋和焊接裂紋等。（2）裂紋的基本特征 冷裂紋有時在焊后或加工后立即出現(xiàn)，有時則要經(jīng)過一段時間才出現(xiàn)。多起源于具有缺口效應(yīng)、易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，或物理化學不均勻的部位。焊接裂紋經(jīng)常出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)。斷口形態(tài)比較復(fù)雜，從宏觀上看，冷裂紋斷口具有發(fā)亮的金屬光澤，呈脆性斷裂特征：從微觀上看，有的沿晶間斷裂，有的為穿晶斷裂，而更常見的是沿晶和穿晶共存的斷裂缺口形態(tài)。有氫作用時會出現(xiàn)明顯的氫致準理解斷口，淬硬傾向大，沿晶斷裂特征越趨明顯。16、分析氫在形成冷裂紋中的作用，簡述氫致裂紋的特征和機理。答：（1）氫的作用焊縫凝固時，高溫下溶入液態(tài)金屬中的氫將來不及析出，呈過飽和態(tài)殘留在接頭中。由于氫原子的體積小，因此可以在接頭中自由擴散，稱之為接頭中的擴散氫。擴散氫易于在焊接熱影響區(qū)、焊趾、焊根等部位偏聚，使金屬脆化。尤其是當這些部位存在顯微裂紋時，擴散氫易向裂紋尖端的三向拉伸應(yīng)力區(qū)擴散、聚集，當接頭中的擴散氫達到氫的臨界含量時，將導致冷裂紋的出現(xiàn)。（2）氫致裂紋的形成機理及特征v形成機理：接頭中的擴散氫不僅使金屬脆化，當金屬內(nèi)部存在顯微裂紋等缺陷時，在應(yīng)力的作用下，裂紋前沿會形成應(yīng)力集中的三向應(yīng)力區(qū)，誘使接頭中的擴散氫向高應(yīng)力區(qū)擴散并聚集為分子態(tài)氫，體積膨脹使裂紋內(nèi)壓力增高，裂紋向前擴展，在裂紋尖端形成新的三向應(yīng)力區(qū)，這一過程周而復(fù)始持續(xù)進行。當接頭中的氫含量超過臨界值時，顯微裂紋將擴展成為宏觀裂紋。v特征：氫致裂紋從潛伏、萌生、擴展直至開裂具有延遲特征；存在氫致延遲裂紋的敏感溫度區(qū)間（Ms以下200至室溫范圍）；常發(fā)生在剛性較大的低碳鋼、低合金鋼的焊接結(jié)構(gòu)中。第12章 金屬塑性成形的物理基礎(chǔ) P2403.試分析多晶體塑性變形的特點。答：多晶體塑性變形體現(xiàn)了各晶粒變形的不同時性。 多晶體金屬的塑性變形還體現(xiàn)出晶粒間變形的相互協(xié)調(diào)性。多晶體變形的另一個特點還表現(xiàn)出變形的不均勻性。多晶體的晶粒越細，單位體積內(nèi)晶界越多，塑性變形的抗力大，金屬的強度高。金屬的塑性越好。4. 晶粒大小對金屬塑性和變形抗力有何影響？答：晶粒越細，單位體積內(nèi)晶界越多，塑性變形的抗力大，金屬的強度高。金屬的塑性越好。5. 合金的塑性變形有何特點？ 答：合金組織有單相固溶體合金、兩相或多相合金兩大類，它們的塑性變形的特點不相同。 單相固溶體合金的塑性變形是滑移和孿生，變形時主要受固溶強化作用， 多相合金的塑性變形的特點：多相合金除基體相外，還有其它相存在，呈兩相或多相合金，合金的塑性變形在很大程度上取決于第二相的數(shù)量、形狀、大小和分布的形態(tài)。但從變形的機理來說，仍然是滑移和孿生。根據(jù)第二相又分為聚合型和彌散型，第二相粒子的尺寸與基體相晶粒尺寸屬于同一數(shù)量級時，稱為聚合型兩相合金，只有當?shù)诙酁檩^強相時，才能對合金起到強化作用，當發(fā)生塑性變形時，首先在較弱的相中發(fā)生。當?shù)诙嘁约毿浬⒌奈⒘＞鶆蚍植加诨w相時，稱為彌散型兩相合金，這種彌散型粒子能阻礙位錯的運動，對金屬產(chǎn)生顯著的強化作用，粒子越細，彌散分布越均勻，強化的效果越好。6. 冷塑性變形對金屬組織和性能有何影響？ 答：對組織結(jié)構(gòu)的影響：晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶；晶粒的形狀發(fā)生變化：隨變形程度的增加，等軸晶沿變形方向逐步伸長，當變形量很大時，晶粒組織成纖維狀；晶粒的位向發(fā)生改變：晶粒在變形的同時，也發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而使得各晶粒的取向逐漸趨于一致（擇優(yōu)取向），從而形成變形織構(gòu)。對金屬性能的影響：塑性變形改變了金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，因而改變了金屬的力學性能。隨著變形程度的增加，金屬的強度、硬度增加，而塑性和韌性相應(yīng)下降。即產(chǎn)生了加工硬化。 7. 產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？它對金屬的塑性和塑性加工有何影響？ 答：加工硬化：在常溫狀態(tài)下，金屬的流動應(yīng)力隨變形程度的增加而上升。為了使變形繼續(xù)下去，就需要增加變形外力或變形功。這種現(xiàn)象稱為加工硬化。加工硬化產(chǎn)生的原因主要是由于塑性變形引起位錯密度增大，導致位錯之間交互作用增強，大量形成纏結(jié)、不動位錯等障礙，形成高密度的“位錯林”，使其余位錯運動阻力增大，于是塑性變形抗力提高。13. 組織狀態(tài)、變形溫度應(yīng)變速率對金屬塑性有何影響？答：組織狀態(tài)狀態(tài)對金屬塑性的影響：當金屬材料的化學成分一定時，組織狀態(tài)的不同，對金屬的塑性有很大影響。晶格類型的影響，面心立方（滑移系12個）的金屬塑性最好；體心立方晶格（滑移系12個）塑性次之，密排六方晶格的金屬塑性更差。晶粒度的影響，晶粒度越小，塑性越高，晶粒度均勻的塑性好，晶粒大小相差懸殊的多晶體，各晶粒間的變形難易程度不同，造成變形和應(yīng)力分布不均勻，所以塑性降低。相組成的影響，當合金元素以單相固溶體形式存在時，金屬的塑性較高；當合金元素以過剩相存在時，塑性較低。鑄造組成的影響，鑄造組織具有粗大的柱狀晶粒，具有偏析、夾雜、氣泡、疏松等缺陷，因而塑性較差。變形溫度對金屬塑性的影響：對大多少金屬而言，總的趨勢是隨著溫度升高，塑性增加。但是這種增加并不是線性的，在加熱的某些溫度區(qū)間，由于相態(tài)或晶界狀態(tài)的變化而出現(xiàn)脆性區(qū)，使金屬的塑性降低。（藍脆區(qū)和熱脆區(qū)）應(yīng)變速率對金屬塑性的影響：應(yīng)變速率可以理解成變形速度，提高應(yīng)變速率，沒有足夠的時間進行回復(fù)或再結(jié)晶，對金屬的軟化過程不能充分體現(xiàn)，使金屬塑性降低。但提高應(yīng)變速率，在一定程度上使金屬溫度升高，溫度效應(yīng)增加，溫度的升高可以促使變形過程中的位錯重新調(diào)整，有利于金屬塑性提高；提高應(yīng)變速率可以降低摩擦因數(shù)，從而降低金屬的的流動阻力，改善金屬的充填性。而且，在非常高的應(yīng)變速率下（如爆炸成形）對塑性較差的難成形金屬的塑性加工是有利的。14. 化學成分、組織狀態(tài)、變形溫度、變形程度對變形抗力有何影響？ 答：化學成分：對于純金屬，純度越高，變形抗力越小。對于合金，主要取決于合金元素的原子與基體原子間相互作用的特性、合金原子在基體原子中的分布等有關(guān)。合金元素引起基體點陣畸變程度越大，金屬的變形抗力也越大。組織狀態(tài)：退火狀態(tài)下，金屬和合金的變形抗力會大大降低。組織結(jié)構(gòu)的變化，例如發(fā)生相變時，變形抗力也發(fā)生變化。一般地說，硬而脆的第二相在基體相晶粒內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時，合金的變形抗力就高；且第二相越細，分布越均勻，數(shù)量越多，變形抗力就越大。金屬和合金的晶粒越細，同一體積內(nèi)的晶界越多，在室溫下由于晶界強度高于晶內(nèi)，所以變形抗力就高。變形溫度：變形抗力一般都隨溫度的升高而降低。變形程度： 變形程度的增加，只要回復(fù)和再結(jié)晶過程來不及進行，必然會產(chǎn)生加工硬化，使繼續(xù)變形發(fā)生困難，因而變形抗力增加。但當變形程度較高時，隨著變形程度的進一步增加，變形抗力的增加變得比較緩慢，因為這時晶格畸變能增加，促進了回復(fù)與再結(jié)晶過程的進行，以及變形熱效應(yīng)的作用加強。15. 應(yīng)力狀態(tài)對金屬的塑性和變形抗力有何影響？答：塑性：金屬在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。應(yīng)力狀態(tài)不同對塑性的影響也不同：主應(yīng)力圖中壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬的塑性越高；拉應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬的塑性就越低。這是由于拉應(yīng)力促進晶間變形，加速晶界破壞，而壓應(yīng)力阻止或減小晶間變形；另外，三向壓應(yīng)力有利于抑制或消除晶體中由于塑性變形而引起的各種微觀破壞，而拉應(yīng)力則相反，它使各種破壞發(fā)展，擴大。變形抗力： 變形抗力：金屬在發(fā)生塑性變形時，產(chǎn)生抵抗變形的能力，稱為變形抗力，一般用接觸面上平均單位面積變形力表示應(yīng)力狀態(tài)不同，變形抗力不同。如擠壓時金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，拉拔時金屬處于一向受拉二向受壓的應(yīng)力狀態(tài)。擠壓時的變形抗力遠比拉拔時變形抗力大.第13章 應(yīng)力分析 P2557. 已知受力物體內(nèi)一點的應(yīng)力張量為 （MPa），試求外法線方向余弦為l=m=1/2，n=的斜切面上的全應(yīng)力、正應(yīng)力和切應(yīng)力。解：設(shè)全應(yīng)力為S， ，, 分別為S在三軸中的分量， 則有:=50+ 50+80=106.6 =50+0-75=-28.0=80-75-30=-18.7 則得到 S 111.79 MPa 則得到 26.1 MPa而 則得到 108.7 MPa8. 已知受力體內(nèi)一點的應(yīng)力張量分別為， (MPa)1） 畫出該點的應(yīng)力單元體；2） 求出該點的應(yīng)力張量不變量、主應(yīng)力及主方向、主切應(yīng)力、最大切應(yīng)力、等效應(yīng)力、應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量；3） 畫出該點的應(yīng)力莫爾圓。解：1）略2）在狀態(tài)下：J=+=10J=-(+)+=200J=+2-(+)=0式和由 20 ， 0 ， -10 代入公式對于20時： 對于0時： 對于10時： 主切應(yīng)力 最大切應(yīng)力等效應(yīng)力： 應(yīng)力偏張量： 故 應(yīng)力球張量： 9. 某受力物體內(nèi)應(yīng)力場為：，試從滿足平衡微分方程的條件中求系數(shù) 、。解: 由平衡微分條件：第14章 應(yīng)變分析 P2721. 陳述下列術(shù)語的物理含義：位移，位移分量，線應(yīng)變，工程切應(yīng)變，對數(shù)應(yīng)變，主應(yīng)變，主切應(yīng)變，最大切應(yīng)變，應(yīng)變張量不變量，等效應(yīng)變，應(yīng)變增量，應(yīng)變速率，位移速度。答：位移：變形體內(nèi)質(zhì)點M（x，y，z）變形后移動到M1，我們把它們在變形前后的直線距離稱為位移；位移分量：在坐標系中，一點的位移矢量在三個坐標軸上的投影稱為該點的位移分量；線應(yīng)變：表示線元的單位長度的變化；工程切應(yīng)變：單元體在某一平面內(nèi)發(fā)生了角度的變化；對數(shù)應(yīng)變：對數(shù)應(yīng)變真實反映變形的累積過程，表示在應(yīng)變主軸不變的情況下應(yīng)變增量的總和；主應(yīng)變：發(fā)生在主平面單位面積上的內(nèi)力稱為主應(yīng)力；主切應(yīng)變：發(fā)生在主切平面上的應(yīng)變；最大切應(yīng)變：主切應(yīng)變中絕對值最大的一個稱為最大切應(yīng)變應(yīng)變張量不變量：對于一個確定的應(yīng)變狀態(tài)，主應(yīng)變只有一組值，即主應(yīng)變具有單值性。由此，應(yīng)變張量、也應(yīng)是單值的，所以將、稱為應(yīng)變張量不變量。等效應(yīng)變：一個不變量，在數(shù)值上等于單向均勻拉伸或壓縮方向上的線應(yīng)變。等效應(yīng)變又稱廣義應(yīng)變。應(yīng)變增量：塑性變形是一個大變形過程，在變形的整個過程中，質(zhì)點在某一瞬時的應(yīng)力狀態(tài)一般對應(yīng)于該瞬時的應(yīng)變增量應(yīng)變速率：單位時間內(nèi)的應(yīng)變稱為應(yīng)變速率。位移速度：質(zhì)點在單位時間內(nèi)的位移叫做位移速度。7. 對數(shù)應(yīng)變有何特點？它與相對線應(yīng)變有何關(guān)系？答：對數(shù)應(yīng)變特點： 對數(shù)應(yīng)變適用于大變形；疊加性 設(shè)某物體的原長度為l0，歷經(jīng)變形過程l1、l2到 l3，則總的對數(shù)應(yīng)變?yōu)楦鞣至繉?shù)應(yīng)變之和，即e= e 1+ e 2+ e 3對應(yīng)的各階段的相對應(yīng)變?yōu)椋?； 顯然， 這表明，對數(shù)應(yīng)變具有可疊加性，而相對應(yīng)變不具有可疊加性。（3）可比性 對數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變，相對應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變。假設(shè)將試樣拉長一倍，再壓縮一半，則物體的變形程度相同。拉長一倍時e壓縮一半時 e負號表示應(yīng)變方向相反。而用相對應(yīng)變時，以上情況分別為 因而，相對應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變。9. 設(shè)一物體在變形過程中某一極短時間內(nèi)的位移為試求：點（，）的應(yīng)變分量、應(yīng)變球張量、應(yīng)變偏張量、主應(yīng)變、等效應(yīng)變解：由幾何方程 來求得應(yīng)變分量根據(jù)公式和應(yīng)變球張量表達式求球量再根據(jù)來求應(yīng)變偏張量先求三個應(yīng)變張量不變量 代入特征方程可求。 ， ， 然后根據(jù) 可求等效應(yīng)變第15章 屈服準則 P2874. 理想塑性材料兩個常用的屈服準則的物理意義?中間主應(yīng)力對屈服準則有何影響？答：如已知三個主應(yīng)力的大小順序時，設(shè)為123時，則Tresca屈服準則只需用線性式就可以判斷屈服。但該準則未考慮中間主應(yīng)力2的影響，而Miss屈服準則考慮了2對質(zhì)點屈服的影響。 其中為應(yīng)力修正系數(shù)。所以Miss屈服準則與Tresca屈服準則在形式上僅相差一個應(yīng)力修正系數(shù)。當時，兩準則一致，這時的應(yīng)力狀態(tài)中有兩向主應(yīng)力相等，當時，兩準則相差最大，此時為平面變形應(yīng)力狀態(tài)。兩個屈服準則的統(tǒng)一表達式為 對于Tresca屈服準則， ;對于Mises屈服準則，5. 某理想塑性材料的屈服應(yīng)力為MPa，試分別用屈雷斯加及密塞斯準則判斷下列應(yīng)力狀態(tài)處于什么狀態(tài)（是否存在、彈性或塑性）。,（MPa）解：根據(jù)屈雷斯加準則時就發(fā)生屈服， 根據(jù)密塞斯準則 或 100 0 100100-0100發(fā)生屈服，（100-0）（0-100）（100-100）200002發(fā)生屈服 150 50 50150-50100發(fā)生屈服 （150-50）（50-50）（150-50）200002發(fā)生屈服120 10 0120-0120（120-10）+（10-0）+（120-0）26600該力不存在50 -50 050-（-50）100發(fā)生屈服（50+50）+（50-0）+（0+50）150002處于彈性狀態(tài)6. 一薄壁管（參見圖16-11），內(nèi)徑80 mm，壁厚4mm，承受內(nèi)壓，材料的屈服應(yīng)力為MPa，現(xiàn)忽略管壁上的徑向應(yīng)力（即設(shè)）。試用兩個屈服準則分別求出下列情況下管子屈服時的；（1）管子兩端自由; （2） 管子兩端封閉; （3）管子兩端加100KN的壓力。解：（1）當兩端自由 由于可以忽略為0 兩端自由 0顯然 ， 0， 0Mises準則： 即 200 MPa 代入可得P=20 MPaTresca準則 p=20 MPa(2)當管子兩端封閉時：， ， ，0Mises準則：P= 代入可得P=23.09 MPa Tresca準則：-0p= 代入數(shù)據(jù)可得 p=20.0 MPa(3)當管子兩端加100KN的 壓力時： 0； 由密塞斯屈服準則： （）（）（）2代入數(shù)據(jù)得： p MPa由屈雷斯加屈服準則: = =200-100=100 MPa MPa故p=10 MPa7. 圖16-12所示的是一薄壁管承受拉扭的復(fù)合載荷作用而屈服，管壁受均勻的拉應(yīng)力和切應(yīng)力，試寫出下列情況的屈雷斯加和密塞斯屈服準則表達式。（提示：利用應(yīng)力莫爾圓求出主應(yīng)力，再代入兩準則）（答案 屈雷斯加準則：；密塞斯準則：）解：由圖知： 0 由應(yīng)力莫爾圓知：圖16-12 受拉扭復(fù)合的薄壁圓筒 0 Tresca準則 （）4（）=1密塞斯準則 2+6=2（）+3（）=1第16章 材料本構(gòu)關(guān)系 P2991. 解釋下列概念：簡單加載；增量理論；全量理論答：簡單加載：是指在加載過程中各應(yīng)力分量按同一比例增加，應(yīng)力主軸方向固定不變。增量理論：又稱流動理論，是描述材料處于塑性狀態(tài)時，應(yīng)力與應(yīng)變增量或應(yīng)變速率之間關(guān)系的理論，它是針對加載過程的每一瞬間的應(yīng)力狀態(tài)所確定的該瞬間的應(yīng)變增量，這樣就撇開加載歷史的影響。全量理論：在小變形的簡單加載過程中，應(yīng)力主軸保持不變，由于各瞬間應(yīng)變增量主軸和應(yīng)力主軸重合，所以應(yīng)變主軸也將保持不變。在這種情況下，對應(yīng)變增量積分便得到全量應(yīng)變。在這種情況下建立塑性變形的全量應(yīng)變與應(yīng)力之間的關(guān)系稱為全量理論，亦稱為形變理論。3.已知塑性狀態(tài)下某質(zhì)點的應(yīng)力張量為（MPa），應(yīng)變增量（為一無限小）。試求應(yīng)變增量的其余分量。解：由得 ，由此可解得，所以其余分量為 5.有一薄壁管， 材料的屈服應(yīng)力，承受拉力和扭矩的聯(lián)合作用而屈服。現(xiàn)已知軸向正應(yīng)力分量，試求切應(yīng)力分量以及應(yīng)變增量各分量之間的比值。（答案，）第17章 金屬塑性變形與流動問題 P3113. 影響塑性變形和流動的因素有哪些？舉例分析？答：影響塑性變形和流動的因素有摩擦力，工具形狀，金屬各部分之間的關(guān)系，金屬本身性質(zhì)不均勻。因為摩擦力的影響，矩形斷面的棱柱體在平板間鐓粗時，各個方向的阻力不同，斷面不再保持矩形，遵循最小周邊原則，最后趨于圓形，。在圓弧形砧上或V型砧中拔長圓截面坯料時，由于工具的側(cè)面壓力使金屬沿橫向流動受到阻礙，金屬大量沿軸向流動。在凸弧形砧上，正好相反，加大橫向流動。4. 殘余應(yīng)力有哪幾類？它會產(chǎn)生什么后果？如何產(chǎn)生、消除？答：殘余應(yīng)力：引起附加應(yīng)力的外因去處后，在物體內(nèi)仍殘存的應(yīng)力叫殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力是彈性應(yīng)力，不超過材料的屈服應(yīng)力，也是相互平衡成對出現(xiàn)的。殘余應(yīng)力分為三類：第一類殘余應(yīng)力存在與變形體各區(qū)域之間；第二類殘余應(yīng)力存在于各晶粒之間；第三類殘余應(yīng)力存在于晶粒內(nèi)部。殘余應(yīng)力引起的后果：具有殘余應(yīng)力的物體再承受塑性變形時，其應(yīng)力分布及內(nèi)部應(yīng)力分布更不均勻?？s短制品的使用壽命，當外載作用下的工作應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加超過材料的強度時，會使零件破壞，設(shè)備出現(xiàn)故障。使在制品的尺寸和形狀發(fā)生變化。當殘余應(yīng)力的平衡受到破壞時，相應(yīng)部分的彈性變形也發(fā)生變化，從而引起尺寸和形狀的變化。增加塑性變形抗力，降低塑性、沖擊韌性及抗疲勞強度。降低制品表面耐蝕性，具有殘余應(yīng)力的金屬在酸液中或其他溶液中的溶解速度加快。殘余應(yīng)力一般是有害的，特別是表面層中具有殘余拉應(yīng)力的情況。但當表面層具有殘余壓應(yīng)力時，可以顯著提高材料的強度和疲勞強度，反而可提高其使用性能。殘余應(yīng)力的消除方法：熱處理法，機械處理方法5. 塑性成形中的摩擦有何特點？舉例分析其利弊？答：塑性成形中的摩擦有如下的特點：接觸面單位壓力高伴隨著塑性變形在高溫下進行利：模鍛中利用飛邊槽橋部的摩擦力來保證模膛充滿，滾鍛和軋制時依靠足夠的摩擦使坯料被咬入軋輥。弊：改變應(yīng)力狀態(tài)，增大變形抗力，引起不均勻變形，產(chǎn)生附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力，降低模具壽命。第18章 塑性成形力學的工程應(yīng)用 P3371主應(yīng)力法的基本原理和求解要點是什么？答：主應(yīng)力法（又成初等解析法）從塑性變形體的應(yīng)力邊界條件出發(fā)，建立簡化的平衡方程和屈服條件，并聯(lián)立求解，得出邊界上的正應(yīng)力和變形的力能參數(shù)，但不考慮變形體內(nèi)的應(yīng)變狀態(tài)。其基本要點如下：把變形體的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)簡化成平面問題（包括平面應(yīng)變狀態(tài)和平面應(yīng)力狀態(tài)）或軸對稱問題，以便利用比較簡單的塑性條件，即。對于形狀復(fù)雜的變形體，可以把它劃分為若干形狀簡單的變形單元，并近似地認為這些單元的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)屬于平面問題或軸對稱問題。根據(jù)金屬流動的方向，沿變形體整個（或部分）截面（一般為縱截面）切取包含接觸面在內(nèi)的基元體，且設(shè)作用于該基元體上的正應(yīng)力都是均布的主應(yīng)力，這樣，在研究基元體的力的平衡條件時，獲得簡化的常微分方程以代替精確的偏微分方程。接觸面上的摩擦力可用庫侖摩擦條件或常摩擦條件等表示。在對基元體列塑性