控制变形原理与应用基础-1-2.ppt

1、控制变形原理与应用基础,第一章、变形的基本概念,1.1.1 力、位移与变形,图1.1 固体变形,当一个固体、一个晶体或一个晶体集合受外力系统作用时，将产生与该外力相应的位移或变形,1.1 变形,1.1.2 位移梯度与应变,第一章、变形的基本概念,1.1.3 能量法则,应力（激发）和应变（响应）这间存在一种能量相关性。对于所有的连续变形体均可定义一个局部能量存贮密度W,第一章、变形的基本概念,W = ,1.2 变形的特征与种类,1.2.1 变形的能量特征,弹性变形：变形过程中无能量损失，即变形时消耗的全部能量都贮存在固体中，应力去除后又全部释放，这种变形为弹性变形，在这种情况下，物体在施力后产生

2、瞬时变形，卸载后瞬时恢复至未变形状态。简言之，变形与时间无关。 滞弹性变形：在变形过程中有能量损失，变形是滞弹性的。该种变形可以解释为响应滞后于激发。如果对物体施加一瞬间应力Q，相应的弹性变形在一段时间后才能完成，有时甚至需要无限长的时间。因此，变形显然是与时间相关的。 塑性变形：物体在卸载后保留残余变形称之为塑性变形，塑性变形不是应力的单值函数面取决于样品的历史。与弹性及滞弹性变形不同，塑性变形也不再是状态函数。,第一章、变形的基本概念,1.2 变形的特征与种类,1.2.1 变形的能量特征,弹性变形和滞弹性变形贮存的能量密度是一个状态函数，即仅仅取决于初始状态和终止状态而与变形过程无关。这意

3、味着经过一个闭合的循环之后仍返回至初始状态。若将应力去除，则变形消失，未有残余变形产生。 塑性变形时贮存的能量密度不再是变形体的状态函数而与变形过程有关，即经过一个闭合循环后不再回到初始状态。结果物体在卸载后保留残余变形，固体与变形前具有不同的内能。,第一章、变形的基本概念,1.2.2 研究塑性变形的加载实验,1.2 变形的特征与种类,1、单轴应力（拉伸或压缩）状态 蠕变样品一端加载，另一端固定在一框架上，实验过程中测量样品自由端的位移。 恒应变速度的拉伸或压缩样品一端固定在机器框架上，另一端固定在一横梁上，横梁恒速移动，实验过程中测量所加载荷大小和变化。,第一章、变形的基本概念,1.2.2

4、研究塑性变形的加载实验,1.2 变形的特征与种类,对上述两种情况可由物体的伸长计算总真应变设L为样品的初始长度，L0为变形过程某一时刻长度，对于增量dL品产生的应变为：,第一章、变形的基本概念,1.2.2 研究塑性变形的加载实验,1.2 变形的特征与种类,2、其它应力方式 扭转样品一端固定，在另一端加一力偶，测量使样品自由端恒速转动的力偶大小。 弯曲样品为棱柱形，放置在两个支点上，在两支点间加一个或两个集中载荷。这程加载方式应力状态比较复杂，只在其它实验方法不可能时采用。,第一章、变形的基本概念,1.2.3 各向同性固体材料塑性变形的宏观特征,1.2 变形的特征与种类,第一章、变形的基本概念,

5、塑性变形的特点主要取决于晶体中位错运动的微观机制，下面先介绍一下变形的宏观特征。,可将塑性变形近似为仅与应力张量的非静水压力部分有关的剪切变形，不引起物体体积的变化。换言之，对于各向同性材料，静水压力只引起弹性变形而无塑性变形发生。 塑性变形只有在应力超过一定值后才发生，该临界值称为弹性极限EL,1.2.3 各向同性固体材料塑性变形的宏观特征,1.2 变形的特征与种类,第一章、变形的基本概念,在恒速拉伸时，样品首先发生弹性变形，所需载荷（或应力）随时间（或总变形）线性增加。当应力达到弹性极限EL时，开始塑性变形并以恒变形速度继续下去。这时产生相同应变增量的应力增量小于弹性变形阶段，故在曲线上出

6、现一个拐点EL 。 在应力的蠕变实验中，当样品受到大于EL的恒应力作用时，立即产生弹性变形，继之发生塑性变形 在应力的蠕变实验中，当样品受到小于EL的恒应力作用时，会产生弹性变形和滞弹性变形，滞弹性变形又称作微蠕变。,图1.2 恒定速度的变形,第一章、变形的基本概念,n,图1.3 恒应力蠕变,第一章、变形的基本概念,弹性极限大小取决于样品的历史，即样品经历的塑性变形和热处理； 蠕变变形速率通常也不是常数； 恒速度变形的硬化指系数在实验过程中亦不断变化。,表明样品在某一刻的塑性变形取决于在该时刻前样品的变形历程。换言之，弹性极限值、蠕变速率和硬化指数取决于样品的“组织”，即样品所经过的历程中全部踪迹的总和。,1.2.3 各向同性固体材料塑性变形的宏观特征,1.2 变形的特征与种类,