塑性理论的基本假设外文翻译资料

 2022-08-17 03:08

The basic hypothesis of the theory of plasticity

Plastic theory is applied in metal forming was designed to explore the forming of metal plastic deformation mechanism. So, the research can provide the analysis and judgment of the following: (a) metal mobility (velocity, strain and strain rate), (b) temperature and heat conduction, (c) the strength of the material local changes or flow stress and (d) stress, load, pressure and energy forming process. This deformation mechanism can provide decision: how to flow with the aid of metal plastic forming, how to get the desired shape and forming method to produce parts for mechanical properties of what kind of.

为了建立金属变形的可控制的数字模型（曲线图形），作出以下几个简化的但是合理的假设：

In order to establish digital model of metal deformation can be controlled (curve graph), make the following simplifying but reasonable assumptions:

1）忽略弹性变形。然而当必要时，弹性复原（例如，弯曲回弹情况）和加工中的弹性弯曲（例如，成形加工精度非常接近公差）定要考虑；

1) ignores elastic deformation. However, when necessary, elastic recovery (for example, the bending springback) and processing of elastic bending (for example, forming accuracy very close tolerances) must consider;

2）作为一种连续体来考虑材料变形（如结晶，而晶间疏松和位错是不加考虑的）；

2) as a continuum to consider the material deformation (such as crystallization, and intergranular porosity and dislocation is not considered);

3）单向拉伸或压缩试验与多向变形条件下的流动应力相互有关；

3) uniaxial tension or compression test and multi-directional deformation conditions on flow stress related;

4）各向异性和Bauschinger效应忽略不计；

4) anisotropy and the Bauschinger effect is negligible;

5）体积保持恒定；

The 5 volume remains constant);

6）用简化法来表示摩擦，如用Coulombs定律法或用恒剪切应力法。这将在后面进行讨论。

6) using a simplified method to represent friction, such as with the Coulombs law or with a constant shear stress method. It will discuss later.

在压缩应力状态下的金属特性更加复杂。这可以从一金属圆柱体试样在两个模板之间被压缩时怎样发生变化的分析中可以看得出来。当工件达到金属的屈服应力的应力状态时，塑性变形就开始发生。当试样高度降低时，试样随着横截面的增加而向外扩展。这种塑性变形在克服工件和模板的两端之间的摩擦力中发生。该金属变形状态是受到其复杂应力体系所支配。这应力体系可从单一的、单向的到三维的即三向发生变化。有一个由模板施加的应力和有两个由摩擦反力引起的应力。如果模板与工件间无摩擦，工件就在单向压应力下发生屈服，正像其受到拉伸载荷作用时的情形一样。而且压缩的屈服应力跟拉伸屈服应力极端一致。由于摩擦力的存在而改变了这一状况，故需要更高的应力才能引起屈服。为了找到拉伸屈服应力与三向应力状态下产生屈服时的应力值之间的数量关系，已经做了很多尝试。对于所有的金属在三向载荷作用下的各种情况下，包括各种塑性屈服试验情况中均未发现单一的（应力、应变）关系。已经存在的若干个建议使用的塑性屈服理论，其中每一种理论只能在一定的范围内有效。在考虑使用这些理论之前，研究三向应力体系并创立既利用数量关系又利用图解技术的解题方法，那是必要的。对于三维应力状态，最方便而有效的方法就是利用莫尔圆，当研究塑性屈服的各种复杂情况时，你可以很容易地运算和进行处理。

In the compression properties of metals under more complex. Analysis of this can happen from a metal cylinder specimens between two template is compressed change can be seen. When the workpiece reaches the metal yield stress state of stress, plastic deformation starts to happen. When the sample height is reduced, and the outward expansion of samples with increasing cross section. This kind of plastic deformation occurs the friction force between the workpiece and the two ends of the template to overcome. The metal deformation state is governed by its complex should force system. The stress system can be from a single, one-way to three-dimensional three to change. By having a template applied stress and two caused by friction force stress. If no friction between workpiece and workpiece template, in uniaxial compressive stress occurs to yield, as it was the case when the tensile loading. And compression yi. And compression yield stress and tensile yield stress extreme consistency. Because the friction exist and change this situation, it needs higher stress can cause yield. In order to find the tensile yield stress and the three to be the relationship between the number of force state produces stress yield value between, have done a lot to try. For all the metals in three to the various cases of loads, including a variety of plastic yield tests were not found in single (stress, strain) relationship. Several suggestions have been the use of plastic yield theory, each kind of theory only in a certain range effectively. Before considering the use of these theories, the study of three direction stress system and the creation of problem solving method not only uses the number of relations and the graphic technology, it is necessary to. For the three-dimensional stress state, the most convenient and effective method is to use the Mohr circle, when various of plastic yield complex situation, you can easily operation and processing.

The basic hypothesis of the theory of plasticity

在金属成形中应用塑性理论的目的是要探索金属成形的塑性变形机理。这样，调研可提供以下的分析和判断：（a）金属的流动性（速度、应变和应变率），（b）温度和热传导，（c）材料强度的局部变化或流动应力和（d）应力，成形中的负载、压力和能量。这样变形机理就可提供决断：金属如何流动，借助塑性成形可如何去获得所希望的几何形状以及用成形方法生产出的零件具有什么样的机械性能。

Plastic theory is applied in metal forming was designed to explore the forming of metal plastic deformation mechanism. So, the research can provide the analysis and judgment of the following: (a) metal mobility (velocity, strain and strain rate), (b) temperature and heat conduction, (c) the strength of the material local changes or flow stress and (d) stress, load, pressure and energy forming process. This deformation mechanism can provide decision: how to flow with the aid of metal plastic forming, how to get the desired shape and forming method to produce parts for mechanical properties of what kind of.

为了建立金属变形的可控制的数字模型（曲线图形），作出以下几个简化的但是合理的假设：

In order to establish digital model of metal deformation can be controlled (curve graph), make the following simplifying but reasonable assumptions:

1）忽略弹性变形。然而当必要时，弹性复原（例如，弯曲回弹情况）和加工中的弹性弯曲（例如，成形加工精度非常接近公差）定要考虑；

1) ignores elastic deformation. However, when necessary, elastic recovery (for example, the bending springback) and processing of elastic bending (for example, forming accuracy very close tolerances) must consider;

2）作为一种连续体来考虑材料变形（如结晶，而晶间疏松和位错是不加考虑的）；

2) as a continuum to consider the material deformation (such as crystallization, and intergranular porosity and dislocation is not considered);

3）单向拉伸或压缩试验与多向变形条件下的流动应力相互有关；

3) uniaxial

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塑性理论的基本假设

在金属成形中应用塑性理论的目的是要探索金属成形的塑性变形机理。这样，调研可提供以下的分析和判断：（a）金属的流动性（速度、应变和应变率），（b）温度和热传导，（c）材料强度的局部变化或流动应力和（d）应力，成形中的负载、压力和能量。这样变形机理就可提供决断：金属如何流动，借助塑性成形可如何去获得所希望的几何形状以及用成形方法生产出的零件具有什么样的机械性能。

为了建立金属变形的可控制的数字模型（曲线图形），作出以下几个简化的但是合理的假设：

1）忽略弹性变形。然而当必要时，弹性复原（例如，弯曲回弹情况）和加工中的弹性弯曲（例如，成形加工精度非常接近公差）定要考虑；

2）作为一种连续体来考虑材料变形（如结晶，而晶间疏松和位错是不加考虑的）；

3）单向拉伸或压缩试验与多向变形条件下的流动应力相互有关；

4）各向异性和Bauschinger效应忽略不计；

5）体积保持恒定；

6）用简化法来表示摩擦，如用Coulombs定律法或用恒剪切应力法。这将在后面进行讨论。

在压缩应力状态下的金属特性更加复杂。这可以从一金属圆柱体试样在两个模板之间被压缩时怎样发生变化的分析中可以看得出来。当工件达到金属的屈服应力的应力状态时，塑性变形就开始发生。当试样高度降低时，试样随着横截面的增加而向外扩展。这种塑性变形在克服工件和模板的两端之间的摩擦力中发生。该金属变形状态是受到其复杂应力体系所支配。这应力体系可从单一的、单向的到三维的即三向发生变化。有一个由模板施加的应力和有两个由摩擦反力引起的应力。如果模板与工件间无摩擦，工件就在单向压应力下发生屈服，正像其受到拉伸载荷作用时的情形一样。而且压缩的屈服应力跟拉伸屈服应力极端一致。由于摩擦力的存在而改变了这一状况，故需要更高的应力才能引起屈服。为了找到拉伸屈服应力与三向应力状态下产生屈服时的应力值之间的数量关系，已经做了很多尝试。对于所有的金属在三向载荷作用下的各种情况下，包括各种塑性屈服试验情况中均未发现单一的（应力、应变）关系。已经存在的若干个建议使用的塑性屈服理论，其中每一种理论只能在一定的范围内有效。在考虑使用这些理论之前，研究三向应力体系并创立既利用数量关系又利用图解技术的解题方法，那是必要的。对于三维应力状态，最方便而有效的方法就是利用莫尔圆，当研究塑性屈服的各种复杂情况时，你可以很容易地运算和进行处理。

有限元优化的应用

在结构日益复杂的情况下，当工程师们工作时，他们需要合理的、可靠的、快速而经济的设计工具。过去二十多年里，有限元分析法已经成为判别和解决涉及这些复杂设计课题时的最常用方法。

因为工程中的大多数设计任务都是可定量的，所以实践上，为了快速找到一些可供选择的设计方案。计算机令繁琐的重复设计过程发生了深刻的变革。但是，即使是现在，许多工程师仍然使用人工的试凑法。这样一种方法使得即使是很简单的设计任务也变得困难，因为通常它要花更长的时间，需要广泛的人—机交互配合，且偏于用设计组的经验来设计。优化设计是以理论数学的方法为基础，改进那些对于工程师来说过于复杂的设计，使其设计过程自动化。如果在一部台式计算机平台上能实现自动优化设计，那就可以节省大量的时间和金钱。优化设计的目的就是要将对象极大化或极小化，例如，重量或基频，主要受到频响和设计参数方向的约束。尺寸和（或）结构形状决定着优化设计的方法。观察一下作为零件优化设计过程，使它变得更容易理解。第一步，包括预处理分析和后处理分析，正像惯常使用的有限元分析（FEA）和计算机辅助设计（CAD）程序应用。（CAD的特点在于根据设计参数建立了课题的几何图形）。

第二步，定义优化目标和响应约束。而最后一步，反复自动调节设计作业。优化设计程序将允许工程师们监督该设计步骤和进度，必要时停止设计，改变设计条件和重新开始。一项优化设计程序的功力取决于有效的预处理和分析能力。二维和三维设计的应用既需要自动进行也需要设计参数的结网性能。因为在优化循环过程中，课题的几何条件和网格会改变，所以优化程序必须包含误差估计和自适应控制。

修改、重配网格和重新估算模式以期获取特定设计目标的实现是以输入初始设计数据开始的。接着，是规定合适的公差并形成约束条件以获得最优结果，或最后改进设计，解决问题。为了使产品从简单轮廓图形到三维实体模型系统化、系列化，设计者必须广泛接触设计目标和特性约束条件。为了易于确定而利用下列参数作为约束和目标函数的附加特性条件，也将是需要的：重量、体积、位移、应力，应变，频率，翘曲安全系数、温度、温度梯度和热通量。

此外，工程师们应该能够通过多学科的不同类型的优化分析使多种约束条件结合起来。例如设计者为了应力分析，可以进行热力分析和加热以变更温度，也可将多种约束条件，诸如最高温度、最大应力和变形联系在一起进行研究，然后规定一个所希望的基本频率范围。目标函数代表着整体模式或部分模式。甚至更重要的是通过说明重量或者成本因素，就应该能反映该模式的各个部分的重要性。

金属

当有了其他各种材料，特别是有了塑料的今天，人类为什么仍然要使用如此之多的金属材料呢？那是有益的吗？通常使用一种材料，是因为它能提供所需的强度，所需要的其他性能和低廉的费用。外观也是一个重要因素。金属的主要优点是它们所具有的强度和韧性。水泥可能是比较便宜的，并常用于建筑上，但就强度角度来说，即使是水泥仍然是取决于其内里的钢筋。

然而，并不是所有金属的强度都高，例如铜和铝都颇为脆弱，但如果将铜、铝混合在一起时，结果称为铜、铝合金即铝青铜，这铜铝合金比起纯铝来强度要高得多。合金化是获得下列所需各种特殊性能的一种重要方法：如强度，韧性，抗磨性，磁性，高电阻率或抗腐蚀性。以不同的方法生产不同的合金，但是几乎所有的金属都是以金属矿的形式（铁矿、铜矿等）被发现的。矿石是一种由金属与某些杂质相混合而组成的矿物质。为了用金属矿石来生产出一种金属，我们必须将杂质从金属矿中分离出去，那就要靠冶炼来实现。

提炼、生产和处理金属的种种方法，各个时代都在研究和发展，以满足工程的需要。这就意味着存在大量的各种各样的金属和有用的金属物质可供选择利用。

金属和非金属材料

在材料选择时所遇到的最普通的分类问题，大概是这种材料是金属材料还是非金属材料。最普遍的金属材料是铁，铜，铝，镁，镍，钛，铅，锡和锌以及这些金属的合金，例如：钢，黄铜和青铜。它们具有金属特性：光泽，热传导性和电传导性，有相应的延展性，而某些金属还具有良好磁性。较普遍的非金属有木头，砖，水泥，玻璃，橡胶和塑料。他们性能变化很大，但它们通常几乎没有延展性，脆弱，比金属疏松，而且它们不具有导电性，具有较差的导热性。

一种材料对于另一种材料常常借助于其物理性质来加以区别，例如颜色、密度、比热、热膨胀系数，电、热传导性能，磁性和熔点。其中某些性能比如电、热传导性、密度，对于物种的确定的用途来说，在选择材料时，其重要性是摆在首位的。描述一种材料在机械应用中的表现的那些性能，对于工程师在设计中选择材料来说，往往更为重要。这些机械性能关系到该材料在工作中对于各种载荷怎样地起作用。

机械性能是材料对所施加的作用力的特性反应（响应）。

这些性能主要归结到五大类：强度、硬度、弹性、延展性和韧性。

1．强度——是材料抵抗外力作用的能力。升降机的钢丝绳和建筑物的横梁都必须具备这种性能。

2．硬度——是材料抵抗穿透和磨损的能力。剪切工具（剪床）必须能抗磨损。轧钢机上的金属轧辊必须能抗穿透。

3．弹性——是材料弹回到原有形状位置的能力。所有的弹性材料都应具备这种性质。

4．延展性——材料承受永久变形而无裂损的能力。冲压和成形产品必须具备这种性能。

5．韧性——是吸收所施力的机械能的能力。

强度和延展性决定着材料的韧性。有轨电车、火车车厢、汽车轴、锤子和类似的产品都需要有韧性。

塑料和其他材料

塑料具有特殊的性能。对于某种用途而言，这些性能使得塑料比传统材料更为可取。例如，跟金属相比较，塑料既有优点也有缺点。金属易受到无机酸的腐蚀，如硫酸和盐酸。塑料能抵抗这些酸的腐蚀，但可被溶剂所溶解或引起变形，例如，溶剂四氯化碳与塑料具有同样的碳基。颜色必定只能涂到金属的表面，而它可以跟塑料混合为一体。金属比大多数塑料刚性要好，而塑料则非常之轻，通常塑料密度在0.9～1.8之间。大多数塑料不易传热导电。塑料能缓慢软化，而当其还是在软的状态时，能容易成形。

在某一温度下塑料是处于塑性状态的，这就使塑料具备超过许多其他材料的主要优点。它容许大量生产单位成本低廉的模制式器件，例如，各种容器。

于此，若用其他材料则需要大量劳力和往往需要很费钱的加工工艺，比如，切割、成形、加工、装配和装饰。

塑料器件可能需要与用其他材料，比如与金属或木材制作的类似的器件加以区别，这不仅是由于塑料的性能不同的原因，也是由于制造塑料产品所用的技术不同所致。这些技术包括注塑模制，吹塑模制，压模，挤压和真空成形等。

对粉末冶金所下的定义是：粉末冶金是制造金属粉末并将单一的、混合的或合金化的粉末通过成形的方法制成产品的技术。这一制造过程可添加或不添加非金属成份；可通过加压或模压成形；可在压制时同时加热或在制造后再进行加热，能使金属粉末形成一个粘结牢固的整体；加热过程中粉末可不熔化，或只有低熔点成分熔化。

首先，必须生产合适的粉末。尽管理论上可以用粉末冶金的方法制造任何晶体材料，但在许多情况下，生产合适的粉末已经带来限制，或者是因难于获得足够纯度的粉末或者是因为经济上的原因。

选择和配制好粉末并制造好所要生产产品形状的模具后，就把粉末模压成符合尺寸和形状的产品。应用晶体生长中的热效应而生产出均匀的结晶体来。

利用热和压力的各种结合，某些粉末冶金就是在室温和高压下进行。然而在稍低于任一组分的最低熔点的温度下进行粉末冶金，通常紧跟着的就是施于冷压。在模压过程中，可利用介质的温升，然后是在较高的温度条件下，模压的成形品就从压模中脱出。在热模压过程中，同时施加压力以提高最终的粉末冶金的温度。

模具的寿命和失效

正确的选择模具材料和模具的制造技术，在很大程度上决定着成形模具的使用寿命。为着某些原因，模具可能不得不更换。例如，由于磨损或塑性变形而使尺寸发生改变，表面损坏、光洁度降低、润滑故障和裂纹即破裂。在热压模锻中，模具失效的主要模式是腐蚀作用、热疲劳、机械疲劳和永久性即塑性变形。

腐蚀，通常也叫做模具磨损，实际上模具由于受到压力后模具表面上的材料发生剥落。变形材料的滑移、模具材料的抗磨性，模具表面温度、模具和材料接触表面的相对滑动速度以及接触层的性质，都是影响模具磨损的最主要的因素。

热成形加工中会发生热裂效应，热疲劳都发生在模具模腔的表面。由于跟热变形材料接触，就在周期性屈服的模具表面引起了热疲劳。由于温度梯度的急剧变化，这种接触引起表面层的膨胀，而且表面层受到压应力的影响。在温度足够高的时刻，这些压应力可引起表面层的破坏。当模具表面冷却时，可发生反向应力，因而表面层将处于拉应力状态。这种状态循环往复将引起形成龟裂的模面，那就是作为识别热裂纹的特征。

模具破裂或产生裂纹是由于机械疲劳，并且是在模具过载和局部应力高等情况下发生的。在变形加工过程中，由于加载、减载，模具承受着交变应力作用，这就将引起开裂并发生重大破坏。

在给定的成形工艺条件下，模具材料的机械性能对模具寿命和模具的损坏影响很大。一般而言，最具影响的性能是取决于加工过程的温度。这样，用于冷却成形加工工艺的模具材料与用于热成形加工的材料有着极大的区别。

对于金属成形加工工艺的小批、单件生产，模具的设计、制造和模具材料的选择是非常重要的。为着提供成本合理和具有令人满意的寿命的模具，必须用合适的模具材料和用现代的制造方法来制造模具。成形加工的经济效益常常是取决于模具寿命和所制造的每件模具的成本。根据上述应用，合适的模具材料的选择取决于以下三方面的因素：

（a）与加工工艺本身有关的因素，包括模腔尺寸、所用机器形式和变形速度，毛坯尺寸和温度，要用的模具温度、润滑、生产率和要生产的零件数量。

（b）与模具加载形式相关的因素，包括加载速度，即模具与正在变形的金属之间的冲击时间或逐渐接触的时间（在热变形加工中，这种接触时间显得特别重要），在模具上的最大载荷和压力，最大和最小的模具温度以及模具将要承受的加载周期的数目。

（c）模具材料的机械性能，包括硬度、冲击强度、热强度（如果考虑热成形加工的话）和抵抗热疲劳和机械疲劳的性能。

冷加工和热加工

上述考虑原则提供了锻造温度系列的分类基础，换句话说，分热加工（热锻）和冷加工（冷锻）。要在再结晶温度以上才能完成塑性变形加工的就考虑热加工。使用“热加工”这一术语通常意示着——材料一般要加热，但并不总是要加热。例如铅的再结晶就是在很低的温度下进行。根据以上定义，在室温条件下锻造铅也是在进行热加工。

在再结晶温度以下的塑性变形加工被定义为冷加工。几种普通金属或他们的合金其再结晶温度大约是750℃～900℃。为了改善性能，这些合金中的某些合金是在550℃～700℃温度范围内通过锻造来进行应变硬化处理的。

尽管根据定义，这是实实在在的“冷加工”，但它常常被看作“热加工”。进行加热主要是为了减少流动应力进而减少所需的锻造力。如果材料性质最终要获得改善，就必须非常严密地控制所谓“加热的加工”操作。实行以上操作工艺之后接着就要在低于锻造温度以下的温度中进行消除应力处理。

对于奥氏体不锈钢、高温合金钢和许多有色金属合金的再结晶温度可在超出相当大的范围内变化。影响再结晶温度的因素包括：目前的应变硬化程度、退火时间，变形前的晶粒度，以

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