材料成型试题答案.pdf

1 北京科技大学北京科技大学 2008 2009 学年度第一学期学年度第一学期 材料成形理论基础材料成形理论基础 试题答案及评分标准试题答案及评分标准 一 简答题 每题 2 分 主应变 切应力为零平面上的正应变 主切应力 切应力达到极值平面上的切应力 屈服准则 材料由弹性状态进入塑性状态所需满足的条件 上限解 满足几何方程 体积不变条件和速度边界条件所得到的解 静力许可条件 满足应力平衡微分方程 屈服准则和应力边界条件 二 在变形体内某点 60 yx 0 zxyzxyz 应力分量的单位为MPa 求 1 主应力 2 最大切应力 3 应力张量 4 应力球张量 5 应力偏张量 解 由0 zxyzxy 可知 x y z 是主应力 所以 1 主应力为 60 1 0 2 60 3 4分 2 最大切应力为 60 2 6060 2 31 max 4分 3 应力张量为 6000 000 0060 4分 因为 平均应力 0 60060 3 1 3 1 zyxm 4分 所以 4 应力球张量为 000 000 000 2分 5 应力偏张量为 6000 000 0060 2分 2 三 已知薄壁圆球 其内径为r 圆球壁厚为t 受内压力p的作用 试求此时薄壁圆球 在均匀变形条件下的的屈服准则 按米塞斯和屈雷斯加两种屈服准则 解 由于是薄壁圆球 径向应力为零 即0 r 采用截面法可以求出 t pr 2 2分 在均匀变形条件下的应力状态为 t pr 2 21 0 3 2分 由此可得 按米塞斯屈服准则 t pr s 2 3分 按屈雷斯加屈服准则 t pr s 2 3分 四 已知某滑移线场 C点的平均正应力为 MPa mC 90 MPak60 确定B点和D 点的应力分量 解 0 4 DBC 1分 B C位于同一条直线 线上 90MPa mCmB 1分 所以 B点的应力分量为 0 4 2cos 602cos 30 4 2sin 60902sin 150 4 2sin 60902sin MPak MPak MPak BxyB BmByB BmBxB 3分 又 沿 线BD 有 3090 4 0 60290 2MPak BDmBmD 2分 所以 D点的应力分量为 60 02cos 602cos 30902sin 3090 02sin 6030902sin MPak MPak MPak DxyD DmDyD DmDxD 3分 五 请解释什么是屈服强度 说明金属的理论切屈服强度和实际晶体的屈服强度有什么 不同 为什么 金属的屈服强度指金属抵抗塑性变形的抗力或发生塑性变形时的临界应力 1分 理论切屈服强度来源于金属的原子间结合力 m G 2 认为晶体无缺陷 2分 3 实际屈服强度为开动位错源所需的应力和位错在运动过程中遇到的各种阻力 包括位错 源开动阻力 点阵阻力 位错应力场对运动位错的阻力 位错切割穿过其滑移面的位错 林所引起的阻力 割阶运动所引起的阻力 5分 实际晶体中存在着各种晶体缺陷 特别是位错 位错易于滑移 不能充分发挥出原子间 结合力的作用 所以实际屈服强度远低于理论值 2分 六 金属变形常用的塑性指标有哪些 改善金属材料的塑性有哪些可能的措施 有延伸率 100 0 L L 断面收缩率 100 0 0 F FF 相对压缩率 又称相对变形量 100 H hH 扭转数n 冲击韧性Ak 每个1分 共5分 改善塑性可由内在因素核外在因素两方面入手 内在因素又可分为材料的组织结构和其化学成分 2分 1 组织结构对塑性的影响 面心立方塑性较好 体心立方次之 密排六方最差 纯金属塑性一般优于合金 单相合金塑性一般优于各相 晶粒细小均匀的组织比晶粒粗大不均匀的组织塑性好 变形组织比铸态组织塑性好 2 化学成分对塑性的影响 S 低熔点硫化物引起的红脆 可加Mn改善 Cu 热加工过程引起铜脆 P 冷脆现象和450 650 高温回火脆性 变形的外部条件为变形温度 变形速度 应力状态 变形的均匀性等 3分 1 温度的影响 温度升高 塑性改善 但须避开低温 高温脆性区 2 应变速率的影响 综合应变速率效应和温度效应进行描述 3 应力状态的影响 三向压应力最好 两压一拉次之 两拉一压更次之 三向拉应 力最不利 4 不均匀变形 变形不均匀的附加应力影响了应力分布 七 请分析静态再结晶 亚动态再结晶和动态再结晶所发生的条件 形成的晶粒结构及 对消除变形金属的加工硬化各有什么特点 静态再结晶 形核与核心长大均在变形后 再结晶晶粒内位错密度低 完全软化 3分 动态再结晶 形核与核心长大均在变形中 再结晶晶粒内有不同程度硬化 不完全软化 3分 亚动态再结晶 形核在变形过程中 核心长大在变形后 再结晶晶粒内位错密 度低 完全软化 4分 八 请用所学过的知识说明 为达到强化金属的目的可以采用哪些手段 并请简要说明为 什么 冷变形强化 冷变形程度增加 位错密度上升 加工硬化 位错运动阻力增大 强度增 高塑性降低 2分 固溶强化 弹性相互作用 化学相互作用 电学相互作用和几何相互作用 2分 细晶强化 晶界障碍强化作用和多系滑移强化作用 2分 位错和亚结构强化 提高位错密度 增加位错运动阻力 1分 沉淀强化或时效强化 强化机理为切过机理和绕过机理 2分 4 弥散强化 强化机理主要为绕过机理 1分 九 请分析沉淀强化合金处于不同时效阶段时其强化特征并请解释其原因 溶质原子的偏聚阶段 GP 区 随着时效时间增长 强