金屬塑性成形理論

前言

金屬塑性成形理論是我國高校材料成形與控制、機(jī)械工程及自動化專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程。根據(jù)工程應(yīng)用型技術(shù)人才“基礎(chǔ)扎實(shí)、知識面寬、應(yīng)用能力強(qiáng)、素質(zhì)高、有較強(qiáng)的創(chuàng)新精神”的培養(yǎng)目標(biāo)，本教材在編寫過程中結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐，并參考近年來國內(nèi)外出版的塑性力學(xué)、金屬塑性變形理論專著和文獻(xiàn)，在充分吸收現(xiàn)有各教材精華的基礎(chǔ)上，盡量體現(xiàn)“寬口徑、厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)要求。本教材系統(tǒng)地闡述了金屬塑性變形的力學(xué)方程、物理本質(zhì)和基本規(guī)律。全書共分12章，其中，第1章到第4章主要論述了金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)理論，包括應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變狀態(tài)、屈服準(zhǔn)則、本構(gòu)關(guān)系等，將應(yīng)力、應(yīng)變、屈服準(zhǔn)則之間的內(nèi)在關(guān)系聯(lián)系在一起；第5章著重介紹了金屬在塑性成形過程中產(chǎn)生的摩擦及影響摩擦系數(shù)的主要因素等基本問題；第6章介紹了主應(yīng)力法求解幾種常見塑性成形的方法；第7章介紹了滑移線場基礎(chǔ)理論以及應(yīng)用滑移線理論求解金屬塑性成形問題的方法；第8章介紹了上限法理論和應(yīng)用上限法理論求解塑性成形問題的方法；第9章到第12章主要論述了金屬的塑性及超塑性、加工硬化、金屬塑性變形的本質(zhì)及塑性變形對金屬組織和性能的影響，討論了塑性成形時金屬變形與流動的有關(guān)問題，包括最小阻力定律、變形不均勻性及影響因素、附加應(yīng)力、殘余應(yīng)力、金屬的斷裂等。考慮到高校專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)時限制，為便于學(xué)生課后自學(xué)需要，增加了大量求解金屬塑性變形問題的實(shí)例，特別是塑性成形問題工程解法的例題。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地闡述了金屬塑性變形的力學(xué)方程、物理本質(zhì)和基本規(guī)律。全書共分12章，主要內(nèi)容包括：應(yīng)力理論、變形幾何理論、屈服條件、塑性本構(gòu)關(guān)系、金屬塑性加工中的摩擦與潤滑、主應(yīng)力法、滑移線理論與應(yīng)用、功及上限法求解、金屬的塑性、金屬塑性變形的物理本質(zhì)、金屬塑性變形對組織性能的影響、金屬在加工變形中的斷裂。另外。各章后均附有思考題和習(xí)題。    本書可作為機(jī)械類、材料類和力學(xué)類等專業(yè)本科生教學(xué)參考用書，也可供研究生和有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

0　緒論  0.1  金屬的塑性成形及其特點(diǎn)  0.2  金屬塑性成形的分類    0.2.1  按加工時工件的受力和變形方式分類    0.2.2  根據(jù)加工時工件的溫度特征分類  0.3  本課程的目的及任務(wù)1  應(yīng)力理論  1.1  外力與應(yīng)力  1.2  物體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)  1.3  任意斜面上的應(yīng)力確定  1.4  主應(yīng)力、應(yīng)力張量不變量和應(yīng)力橢球面    1.4.1  主應(yīng)力    1.4.2  應(yīng)力張量不變量    1.4.3  應(yīng)力橢球面    1.4.4  主應(yīng)力圖  1.5  主剪應(yīng)力和最大剪應(yīng)力  1.6  應(yīng)力偏張量和球應(yīng)力張量  1.7  八面體應(yīng)力和等效應(yīng)力  1.8  應(yīng)力平衡方程  1.9  平面狀態(tài)與軸對稱狀態(tài)    1.9.1  平面狀態(tài)    1.9.2  軸對稱狀態(tài)  1.10  應(yīng)力莫爾圓    1.10.1  應(yīng)力莫爾圓符號規(guī)定    1.10.2  平面應(yīng)力狀態(tài)的莫爾圓    1.10.3  平面應(yīng)變狀態(tài)下的應(yīng)力莫爾圓    1.10.4  三向應(yīng)力莫爾圓  1.11  應(yīng)力理論實(shí)例  思考題及習(xí)題2  變形幾何理論  2.1  位移  2.2  應(yīng)變分量  2.3  應(yīng)變分量與位移分量關(guān)系  2.4  應(yīng)變分析  2.5  主應(yīng)變、應(yīng)變不變量、體積應(yīng)變  2.6  應(yīng)變張量、球應(yīng)變張量與偏差應(yīng)變張量  2.7  八面體應(yīng)變和等效應(yīng)變  2.8  變形連續(xù)條件  2.9  變形幾何理論實(shí)例思考題及習(xí)題3  屈服條件  3.1  屈服準(zhǔn)則的概念    3.1.1  有關(guān)材料性質(zhì)的一些基本概念    3.1.2  屈服準(zhǔn)則  3.2  屈雷斯加屈服準(zhǔn)則  3.3  米塞斯屈服準(zhǔn)則  3.4  屈服準(zhǔn)則幾何表達(dá)  3.5  硬化材料的屈服準(zhǔn)則簡介  3.6  屈服條件實(shí)例  思考題及習(xí)題4  塑性本構(gòu)關(guān)系  4.1  彈性本構(gòu)關(guān)系  4.2  塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系特點(diǎn)    4.2.1  加載路徑與加載歷史    4.2.2  加載與卸載準(zhǔn)則  4.3  增量理論    4.3.1  列維-米塞斯（Levy-Mises）增量理論    4.3.2  應(yīng)力應(yīng)變速率關(guān)系方程（Saint-Venant塑性流動理論）    4.3.3  普朗特-路埃斯（Prandtl-Reuss）增量理論  4.4  塑性變形的全量理論（形變理論）  4.5  真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線    4.5.1  基于拉伸試驗(yàn)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線    4.5.2  基于單向壓縮試驗(yàn)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線    4.5.3  基于平面應(yīng)變壓縮確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線    4.5.4  基于雙向等拉實(shí)驗(yàn)確定的應(yīng)力-應(yīng)變曲線    4.5.5  真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線與數(shù)學(xué)模型  4.6  塑性本構(gòu)關(guān)系實(shí)例  思考題及習(xí)題5  金屬塑性加工中的摩擦與潤滑  5.1  金屬塑性加工中摩擦的特點(diǎn)與作用    5.1.1  塑性成形時摩擦的特點(diǎn)    5.1.2  外摩擦在壓力加工中的作用  5.2  金屬塑性加工中的摩擦與潤滑理論    5.2.1  摩擦的分類    5.2.2  塑性加工時接觸表面摩擦力的計(jì)算  5.3  影響摩擦的主要因素    5.3.1  金屬的種類和化學(xué)成分    5.3.2  工具材料及其表面狀態(tài)    5.3.3  接觸面上的單位壓力    5.3.4  變形溫度    5.3.5  變形速度    5.3.6  潤滑劑  5.4  摩擦系數(shù)測定    5.4.1  夾鉗軋制法    5.4.2  楔形件壓縮法    5.4.3  圓環(huán)鐓粗法  思考題及習(xí)題6  主應(yīng)力法  6.1  概述    6.1.1  主應(yīng)力法解題的基本原理    6.1.2  平面應(yīng)變問題基本方程的簡化    6.1.3  軸對稱問題基本方程的簡化  6.2  直角坐標(biāo)平面應(yīng)變問題解析    6.2.1  低摩擦條件下鐓粗矩形件時，接觸面上單位壓力分布    6.2.2  高摩擦條件下鐓粗矩形件時，接觸面上單位壓力分布    6.2.3  混合摩擦條件下的壓縮  6.3  圓柱坐標(biāo)平面應(yīng)變問題解析    6.3.1  圓盤壓縮時的壓力分布及變形力    6.3.2  無硬化的圓棒拉拔時的應(yīng)力    6.3.3  杯形件不變薄拉深時的應(yīng)力    6.3.4  半圓形砧拔長時的應(yīng)力  思考題及習(xí)題7  滑移線理論及應(yīng)用  7.1  滑移線場的基本概念    7.1.1  平面變形應(yīng)力特點(diǎn)    7.1.2  滑移線概念與滑移線微分方程    7.1.3  α與β滑移線命名和∞線的規(guī)定  7.2  漢蓋（Hencky）應(yīng)力方程——滑移線沿線力學(xué)方程  7.3  滑移線的幾何性質(zhì)    7.3.1  漢蓋第一定理    7.3.2  漢蓋第二定理  7.4  應(yīng)力邊界條件和滑移線場的建立    7.4.1  塑性區(qū)的應(yīng)力邊界條件    7.4.2  幾種滑移線場  7.5  滑移線場的速度場理論    7.5.1  蓋林格爾（H.Geifinger）速度方程    7.5.2  速度間斷    7.5.3  速度矢端圖（速端圖）  7.6  滑移線場應(yīng)用求解實(shí)例  7.7  滑移線場繪制的數(shù)值計(jì)算方法    7.7.1  特征線問題    7.7.2  特征值問題    7.7.3  混合問題    7.7.4  數(shù)值計(jì)算方法實(shí)例  思考題及習(xí)題8  功及上限法求解  8.1  功平衡法  8.2  極值原理及上限法    8.2.1  虛功原理    8.2.2  最大散逸功原理    8.2.3  上限定理  8.3  Johnson上限模式及應(yīng)用    8.3.1  Johnson上限模式    8.3.2  速度間斷面及其速度特性    8.3.3  速端圖及速度間斷量的計(jì)算    8.3.4  速端圖的簡單記號    8.3.5  Johnson上限模式求解應(yīng)用  8.4  Avitzur連續(xù)速度場上限模式及應(yīng)用    8.4.1平錘壓縮板坯    8.4.2寬板平輥軋制思考題及習(xí)題9  金屬的塑性  9.1  金屬塑性的基本概念及測定方法    9.1.1  金屬塑性的基本概念    9.1.2  金屬塑性的測定方法    9.1.3  塑性圖  9.2  影響塑性的主要因素及提高塑性的途徑    9.2.1  影響塑性的內(nèi)部因素    9.2.2  影響金屬塑性的外部因素    9.2.3  提高金屬塑性的主要途徑  9.3  金屬的超塑性    9.3.1  超塑性的種類    9.3.2  細(xì)晶超塑性的特征    9.3.3  細(xì)晶超塑性變形的機(jī)制    9.3.4  影響超塑性的主要因素    9.3.5  超塑性的應(yīng)用  思考題及習(xí)題10  金屬塑性變形的物理本質(zhì)  10.1  單晶體的塑性變形    10.1.1  滑移    10.1.2  孿生    10.1.3  扭折帶和形變帶  10.2  多晶體塑性變形    10.2.1  多晶體的塑性變形機(jī)制    10.2.2  多晶體塑性變形的特點(diǎn)    10.2.3  多晶體的屈服與形變時效  10.3  金屬在塑性變形中的硬化    10.3.1  單晶體的加工硬化    10.3.2  多晶體金屬的硬化    10.3.3  影響加工硬化的因素  10.4  金屬塑性變形的不均勻性與殘余應(yīng)力    10.4.1  金屬塑性變形的不均勻性    10.4.2  基本應(yīng)力與附加應(yīng)力    10.4.3  殘余應(yīng)力  思考題及習(xí)題11  金屬塑性變形對組織性能的影響  11.1  冷變形中組織性能變化    11.1.1  冷變形中組織變化    11.1.2  性能的變化  11.2  冷變形金屬在加熱時的組織性能變化    11.2.1  回復(fù)與再結(jié)晶概念    11.2.2  回復(fù)    11.2.3  再結(jié)晶    11.2.4  晶粒長大  11.3  金屬在熱變形過程中的回復(fù)及再結(jié)晶    11.3.1  動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶    11.3.2  熱加工中斷后的靜態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶  11.4  熱變形過程中金屬組織性能的變化    11.4.1  熱加工變形中金屬組織性能的變化    11.4.2  熱加工過程的實(shí)驗(yàn)分析  11.5  溫加工變形中組織性能的變化  思考題及習(xí)題12  金屬在加工變形中的斷裂  12.1  斷裂的物理本質(zhì)    12.1.1  斷裂的基本類型    12.1.2  斷裂過程與物理本質(zhì)    12.1.3  金屬斷裂的基本過程  12.2  影響斷裂類型的因素  12.3  塑性加工中金屬的斷裂    12.3.1  鐓粗餅材時側(cè)面縱裂    12.3.2  鍛壓延伸（或拔長）時的內(nèi)部縱裂    12.3.3  鍛壓延伸及軋制時產(chǎn)生的內(nèi)部橫裂    12.3.4  鍛壓延伸及軋制時產(chǎn)生的角裂    12.3.5  鍛壓延伸及軋制時產(chǎn)生的端裂（劈頭）    12.3.6  軋板時的邊裂和薄件的中部開裂    12.3.7  擠壓和拉拔時產(chǎn)生的主要斷裂  思考題及習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：塑性變形時應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系稱為本構(gòu)關(guān)系，這種關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為本構(gòu)方程，它和屈服準(zhǔn)則都是求解塑性成形問題的基本方程。在加載過程中，應(yīng)力與應(yīng)變增量間關(guān)系或應(yīng)力、應(yīng)力增量與應(yīng)變增量間的關(guān)系叫做塑性本構(gòu)關(guān)系。卸載過程中應(yīng)力增量與應(yīng)變增量的關(guān)系是彈性的，服從廣義胡克定律。在單向受力狀態(tài)下，初始屈服極限、瞬時屈服極限以及塑性本構(gòu)關(guān)系都可由實(shí)驗(yàn)測定的曲線來確定。但在復(fù)雜受力情況下，初始彈性狀態(tài)的界限（屈服條件）和后繼彈性狀態(tài)的界限（稱后繼屈服條件或加載條件、強(qiáng)化條件）以及塑性本構(gòu)方程，就不能單純依靠實(shí)驗(yàn)來解決。因?yàn)樵趶?fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，單元體的三個主應(yīng)力的相互比值可以有無限多，要按每種比值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是不可能的，更何況復(fù)雜受力的實(shí)驗(yàn)，其設(shè)備和技術(shù)都很困難。因此，就需要在一定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過假設(shè)和推理，對這些問題進(jìn)行科學(xué)的探討。本章的基本內(nèi)容就是介紹在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，材料的加載條件和塑性本構(gòu)方程，且假定材料是均勻的和初始各向同性的。

編輯推薦

《金屬塑性成形理論》由冶金工業(yè)出版社出版。

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