《材料成形基本原理》考试复习题

《材料成形原理》期末考试复习

焊接成形部分

一、名词解释：

焊接热影响区；长渣；短渣；先期脱氧；沉淀脱氧；熔合比；残余应力；残余变形；裂纹；热裂纹；冷裂纹；扩散氢；熔合区；区域偏析；微观偏析。 二、问答题：

1. 简述焊接区气体的来源？

2. 简述氢对焊缝组织性能的影响？

3. 简述熔渣在焊接过程中的作用？

4. 简述焊接时选用脱氧剂的原则及其主要反应方程式？

5. 简述凝固裂纹的种类、特征、影响因素、形成机理及防止措施？

6. 简述冷裂纹的种类、特征、影响因素、形成机理及防止措施？

塑形成形部分

1、已知变形体某点的应力状态为：

??

??

?

?????=40000104004070ij σ（MPa ） 1）、求出主应力1σ、2σ、3σ和球应力张量，偏应力张量，并画出应力莫尔圆。 2）、求出主切应力，最大切应力m ax τ和等效应力σ之值各为多少。 解：1）主应力特征方程为：

0400

010*******=---σ

σσ

按第3行展开得：

()

01040

407040=---σ

σσ

()(

)()[]0401070402=--?--σσσ ()()0160070080402=-+--σσσ

()()090080402=---σσσ

()()()0109040=+--σσσ

解方程得：901=σ，402=σ，103-=σ

403

=++=

z

y x m σσσσ

球应力张量为：??

??

?

?????=?400004000040ij m δσMPa 偏应力张量为：??

???

?????-=?-=0000304004030'ij m ij ij δσσσMPa 应力莫尔圆为：

2）主切应力为：

2522

112±=-±

=σστMPa

2523

223±=-±=σστMPa

502

3

113±=-±=σστMPa

50max =τMPa

()()()6.863502

12

13232221≈=-+-+-=

σσσσσσσMPa

2、一薄壁管，内径φ80mm ，壁厚4mm ，承受内压p ，材料的屈服点为200=s σMPa ，现忽略管壁上的径向应力（即设0=ρσ）。试用两个屈服准则求出下列情况下管子屈服时的p ，（1）管子两端自由（2）管子两端封闭（3）管子两端加100KN 的压力。（8分） 解：（1）根据塑性力学，两端自由的薄壁管的应力分量为：

p p

t pr 104

40===

θσ 0=z σ

按题意，0=r σ，显然：

p 101==θσσ，02==z σσ，03==r σσ 1）由屈雷斯加屈服准则

2

200

2

52

3

1max =

=

=-=

s

p σσστ，解得20=p MPa 2）由米塞斯屈服准则

()()()22132322212s σσσσσσσ=-+-+-

带入有，222002200?=p ，解得20=p MPa

（2）根据塑性力学，两端封闭的薄壁管的应力分量为：

p p t pr 10440===

θσ p p t pr z 54

2402=?==σ

按题意，0=r σ，显然：

p 101==θσσ，p z 52==σσ，03==r σσ 1）由屈雷斯加屈服准则

2

200

2

52

3

1max =

=

=-=

s

p σσστ，解得20=p MPa

2）由米塞斯屈服准则

()()()22132322212s σσσσσσσ=-+-+-

带入有，222002150?=p ，解得1.233

40≈=

p MPa

（3）根据塑性力学，管子两端加100KN 的压力的应力分量为：

p p t pr 104

40===

θσ MPa mm

N rt N z 5.994402100000210001002

-≈???-=?-=ππσ 按题意，0=r σ，显然：

p 101==θσσ，02==r σσ，5.993-==z σσ 1）由屈雷斯加屈服准则

2

2

3

1max s

σσστ=

-=

，2005.9910=+p ，解得10≈p MPa

2）由米塞斯屈服准则

()()()22132322212s σσσσσσσ=-+-+-

带入有，2220025.198001990200?=++p p ，05.6019919902002=-+p p ， 解得13≈p MPa

3、某理想塑性材料，屈服应力为150MPa 。已知某点的应变增量为

δε???

???

?????---=2.0005.001.005.005.005.01.0ij d ，平均应力50MPa ，试求该点的应力状态。(8分)

解：150==s σσ

根据增量理论有：σ

ε

σλσε23'

'd d d ij ij ij ?

=?= 所以：

()()()()

2

2222

2

63

2zx yz xy x z z y y x

d d d d d d d d d d γγγεεεεεε

ε+++-+-+-=

()()()()δ?++--+++-=

2222205.005.061.02.02.01.01.01.03

2

δ?=

3

42

.0 所以：δδσελ?=???==

300

42

.0342.01502323d d δ

δδελεσ???????

?

?????---=??==42.03002.0005.001.005.005.005.01.042.0300'

ij ij

ij d d d ????

?

?????---=58.920

15

.23029.4615.2315.2315

.2329

.46

??

??

?

?????---=??????????+??????????---=+=58.42015.23029.9615.2315.2315.2329.9650000500005058.92015.23029.4615.2315.2315.2329.46'

m ij ij ij σδσσ

4、用主应力法求轴对称镦粗的变形力

5、试用滑移线法求光滑平冲头压入两边为斜面的半无限高坯料时的极限载荷F 。设冲头宽度为2b ，长为l ，且b l 2>>。

解：因b l 2>>，所以长度方向的应变为0，属于平面变形问题。画出的滑移线场如下图所示。并判断α线和β线如图所示。

123

2b p

F

y

x

O

C E B A

α

F

D

F 点位于自由表面：K mF -=σ，γπ

ω+=4

F

E 点位于光滑表面：4

π

ω-

=E

沿α线：()F E mF mE K ωωσσ-=-2

()()γπγππωωσσ214422++-=??

?

??---

+-=-+=K K K K F E mF mE ()()γπγπσσ22213++-=-++-=-==K K K K p m

6、在平底模中进行平面变形挤压，若模具光滑无摩擦，按图19-42所示的分块模式确定平均单位挤压力的上限解。并与滑移线解作比较，说明何种模式的上限解最优。

4

3

2

1

△A=△C

O

D

C

B

A 45°45°H =2

h =1

1

h =1

H =2

45°

45°A B C

D O

△A=△C

2

3

4

1

O

D

B A

45°

H =2

h =1

2

3

a) b) c)

解：a)刚性块的速端图如下图所示：

d

c

b

a

求得速度间断面12、13、14、23、34的几何尺寸为：

12=14=23=34=h 2，13=2h

设B 块的速度ob 为1，则D 块的速度od 为2，求得速度间断面12、13、14、23、

34上的速度间断值为：

2

2

=

===cd bc ab oa ，1=ac 根据功率平衡原理有

*

***][2D S dS V K h p D

?=

()

ac bc ab cd oa K ?+?+?+?+?=1334231412