真实应力应变曲线省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

金属塑性成形原理 第三章金属塑性变形力学基础第6节真实应力应变曲线主讲：刘华主讲：刘华华侨大学模具技术研究中心华侨大学模具技术研究中心第1页华侨大学模具技术研究中心1.1.拉伸试验曲线拉伸试验曲线2.2.压缩试验曲线压缩试验曲线3.3.真实应力真实应力-应变曲线简化形式应变曲线简化形式真实应力应变曲线第2页华侨大学模具技术研究中心塑性条件和本构方程是解塑性成形问题两个主要补充方程。这二个物理方程中，都包括到等效应力 。在本构关系中，总可归结为函数 。这种函数关系与材料性质和变形条件相关，而与应力状态无关。可选择单向应力状态来建立这种函数关系。单向均匀拉伸或压缩试验是反应材料力学行为基本试验。材料开始塑性变形时应力即为屈服应力 。普通材料在进入塑性状态之后，继续变形时会产生强化，则屈服应力不停改变，即为后继屈服应力。真实应力应变曲线第3页华侨大学模具技术研究中心流动应力是泛指屈服应力，用Y 表示，它既包含初始屈服应力，也包含后继屈服应力。流动应力又称真实应力，其数值等于试样瞬时横断面上实际应力，它是金属塑性加工变形抗力指标。真实应力-应变曲线：将各种变形条件下流动应力改变规律表示为真实应力与应变关系，即真实应力应变关系曲线。真实应力应变关系曲线普通由试验确定。所以，其实质上能够看成是塑性变形时应力与应变之间试验关系。真实应力应变曲线第4页华侨大学模具技术研究中心条件：室温，应变速率10-3/s，退火状态低碳钢，准静力拉伸试验1 1、标称应力标称应力（名义应力、条件应力）（名义应力、条件应力）-应变曲线应变曲线标称应力：标称应力：相对线应变：相对线应变：F拉伸载荷；A0试样原始横截面积 l0试样标距原始长度 l试样标距伸长量一、拉伸图和条件应力一、拉伸图和条件应力-应变曲线应变曲线一、拉伸试验曲线第5页华侨大学模具技术研究中心2 2、标称应力、标称应力-应变曲线上三个特征点应变曲线上三个特征点屈服点屈服点c c:弹性变形与均匀塑性变形分界弹性变形与均匀塑性变形分界,点对应应力点对应应力为屈服点为屈服点 ，或屈服强度，或屈服强度缩颈点缩颈点b b:ococ(弹性变形阶段）弹性变形阶段）cbcb(均匀塑性变均匀塑性变形阶段）形阶段）bkbk（局部塑性变形阶段）（局部塑性变形阶段）均匀塑性变形和局部塑性变形分界点，载均匀塑性变形和局部塑性变形分界点，载荷到达最大值，开始出现缩颈，对应应力荷到达最大值，开始出现缩颈，对应应力为抗拉强度为抗拉强度破坏点破坏点k k:试样发生断裂，是单向拉伸塑性变形终试样发生断裂，是单向拉伸塑性变形终止点。止点。一、拉伸试验曲线第6页华侨大学模具技术研究中心一、拉伸试验曲线 产生缩颈后，即使载荷下降，但横截面面积急剧下降，所以标称应力并不反应单向拉伸时试样横截面上实际应力。一样，相对应变也并不反应单向拉伸变形瞬时真实应变，因试样标距长度存拉伸变形过程中是不停改变。所以，标称应力应变曲线不能真实地反应材料在塑性交形阶段力学特征。第7页华侨大学模具技术研究中心 在处理实际塑性成形问题时，标称应力-应变曲线是不够用，且是不准确，因变形是大变形。需要反应真实应力与应变关系曲线，即为真实应力应变曲线。1.真实应力-应变曲线分类真实应力，简称真应力，也就是瞬时流动应力Y，用单向均匀拉伸(或压缩)时各加载瞬间载荷F与该瞬间试样横截面积A之比来表示，则真实应力-应变曲线可分为三类：一、拉伸试验曲线第8页华侨大学模具技术研究中心2.三种应变之间关系（在均匀变形范围内）-:或-:-:或 -:-:一、拉伸试验曲线第9页华侨大学模具技术研究中心3.真实应力-应变曲线绘制Y-曲线，Y-曲线：以-曲线为基础Y-曲线：Y-曲线：由及算出Y、Y Y-曲线曲线影响真实应力应变曲线原因有材料本身特征、变形温度、变形速度等，所以，试验是一定材料在一定变形条件下进行。普通如不加说明，则是在室温、静载变形速度下进行。一、拉伸试验曲线第10页华侨大学模具技术研究中心v方法步骤：a求出屈服点s(普通略去弹性变形)b找出均匀塑性变形阶段各瞬间真实应力Y和对数应变或(从c点到b点按上式,注意b点载荷为Fmax）A.由拉伸图作Y-曲线一、拉伸试验曲线第11页华侨大学模具技术研究中心c.找出断裂时真实应力Yk及其对应对数应变k或Ak试样断裂处横截面面积（直接测量出）。d.在Y-坐标平面内确定出Y-曲线(未修正)。B.由-曲线作Y-曲线oc段：几乎无差异cb段：bk段：普通测出b、k两点面积，算出Y和，将两点联结起来。一、拉伸试验曲线第12页华侨大学模具技术研究中心v讨论：a在均匀塑性变形阶段，应力与应变沿整个试件均匀分布，因为所以，有在缩颈点：说明在这阶段中，真实应力Y大于条件应力（Y-曲线高于-曲线）。b在集中塑性变形阶段，因为塑性变形发生在某一局部，形成缩颈。这时，条件应力应变曲线与真实应力应变曲线有显著区分。因为出现缩颈，P下降，A也下降，且A下降速率要比P下降快得多，因而Y总是随变形程度增加而增加，这正是硬化作用，所以在曲线中无极值点。所以，真实应力应变曲线也称硬化曲线。一、拉伸试验曲线第13页华侨大学模具技术研究中心 4.真实应力-应变曲线修正表面在缩颈处出现三向应力状态。中心由Mises屈服准则：所以：表面内部愈靠近中心，愈大因为缩颈，即形状改变而产生应力升高现象称形状硬化。在未修正真实应力-应变曲线中，bk段Y只是一个平均值。用Siebel等提出公式进行修正一、拉伸试验曲线第14页华侨大学模具技术研究中心三、拉伸Y-曲线塑性失稳点特征塑性失稳点缩颈点某瞬时F瞬时载荷Y真实应力A瞬时面积因为所以在失稳点处P有极大值，所以 dP=0所以即或失稳点真实应力，等于真实应力对对数应变导数在该点值。一、拉伸试验曲线第15页华侨大学模具技术研究中心或在失稳点失稳点特征 1.切线斜率2.切线与横坐标交点到失稳点横坐标间距离必为一、拉伸试验曲线第16页华侨大学模具技术研究中心一基于圆柱压缩试验确定真实应力应变曲线拉伸Y-曲线受塑性失稳限制，精度较低，1还是均匀变形,可到达2或更大，如铜=3.9缺点：摩擦办法：充填润滑剂试样端面车沟槽或浅坑，保留润滑剂，如石腊等。不开槽或坑，用聚四氟乙烯薄膜二、压缩试验曲线第17页华侨大学模具技术研究中心真实应力计算或对数应变二、压缩试验曲线第18页华侨大学模具技术研究中心二、用外推法求压缩真实应力应变曲线依据 大，则Y-曲线高（因受摩擦力影响）当 时，摩擦力影响为零，但实际不存在。用得出四条曲线将其转换成Y-D/H曲线，由此推得D0/H0=0时真实应力Y。二、压缩试验曲线第19页华侨大学模具技术研究中心1、幂指数硬化曲线(幂强化）用指数方程表示或B强度系数n 硬化指数（0n1)2、有初始屈服应力刚塑性硬化曲线 (刚塑性指数硬化）有初始屈服应力时（忽略弹性变形）或3、有初始屈服应力刚塑性硬化直线 (刚塑性直线硬化）为简化，用直线代替曲线或一、简化真实应力-应变曲线类型三、真实应力-应变曲线简化形式第20页华侨大学模具技术研究中心4、无加工硬化水平直线（理想刚塑性）对几乎不产生硬化材料，n=0或5、理想弹塑性分两段：6、弹塑性硬化分两段：硬化模量三、真实应力-应变曲线简化形式第21页华侨大学模具技术研究中心二、抛物线型（指数硬化）应力应变曲线经验方程确定 中n,B由在失稳点：又得代入得三、真实应力-应变曲线简化形式第22页华侨大学模具技术研究中心补充题：补充题：1.1.一一直直径径为为10mm10mm黄黄铜铜试试棒棒进进行行拉拉伸伸试试验验，统统计计下下最最大大载载荷荷为为27.5kN,27.5kN,出出现现缩缩颈颈时时断断面面收收缩缩率率=20%,=20%,试试求求真真实实应应力力-应变曲线方程并绘出对应曲线。应变曲线方程并绘出对应曲线。2.2.设设一一试试棒棒均均匀匀连连续续拉拉伸伸五五次次，每每拉拉一一次次断断面面收收缩缩率率20%20%，试试用用相相对对伸伸长长、断断面面收收缩缩率率和和对对数数应应变变分分别别求求出出各各次次应应变变值和总应变值，并分析一下哪一个应变表示方式合理。值和总应变值，并分析一下哪一个应变表示方式合理。3.3.已已知知材材料料应应力力-应应变变曲曲线线方方程程为为Y=BY=B0.40.4,直直杆杆已已经经有有相相对对伸伸长长=0.25,=0.25,试试问问：相相对对伸伸长长再再增增加加多多少少材材料料才才能能发发生生缩缩颈？颈？三、真实应力-应变曲线简化形式第23页