第六节-真实应力-应变曲线优秀课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,第六节,真实应力应变曲线,基本概念,拉伸试验曲线,真实应力,-,应变曲线种类,真实应力,应变曲线的绘制方法,变形温度和变形速度对,真实应力,应变曲线,的影响,2,1,、,屈服应力,：材料开始塑性变形的应力即屈服应力，通常用,s,表示。一般材料在进入塑性状态之后，继续变形时会,产生强化,，屈服应力不断变化。,有关概念,3,2,、,流动应力,（真实应力）：流动应力的数值等于试样断面上的,实际应力,，故又称真实应力。,为了区别于初始的屈服应力，采用流动应力来泛指屈服应力，用,Y(,或,S),表示。,真实应力是金属塑性加工变形抗力的指标。,3,、,条件应力,（标称应力）：拉伸载荷与试样原始横截面积之比。,L%,P(N),Pb,Ps,Pe,o,4,变换：,P/F,0,=,(MPa),F,0,为试样原始截面积,(mm,2,),L/L,0,=,（,%,）,L,0,为试样标距长度,转化：,纵坐标：以应力,表示，横坐标：以应变,表示，,5,真实应力,应变曲线通常是由,实验建立,，实质上可以看成是塑性变形时应力应变的实验关系。,6,7,一、基于拉伸实验确定真实应力,应变曲线,金属塑性成形原理,应力,-,应变曲线,因此，单向拉伸试验得到的的,曲线可以推广到复杂应力，也就是在这种变形条件下的 曲线，因而具有普遍意义。,单向拉伸的应力状态为,应变状态为,在单向拉伸时,8,金属塑性成形原理,应力,-,应变曲线,9,室温下的静力拉伸试验是在万能材料试验机上进行的。如图是退火状态低碳钢的拉伸图，纵坐标表示载荷,P,，横坐标表示试样标距的伸长。若试样的原始截面积为,F,0,，标距长为,L,，则拉伸时的条件应力,0,和相对伸长,为,及,1,、条件应力（标称应力）应变曲线,万能材料试验机,10,根据拉伸图便可作出条件应力应变曲线。条件应力应变曲线上有,三个特征点,，将整个拉伸变形过程分为三个阶段。,（,1,）第一个特征点是屈服点,c,，是,弹性变形与塑性变形的分界点,。对于具有明显屈服点的金属，在曲线上呈现屈服平台。此时的应力称为屈服应力，以,s,表示。,11,在,b,点之前，试样均匀伸长，达到,b,点时，试样开始产生缩颈，变形集中发生在试样的某一局部，这种现象叫做单向拉伸的失稳。,b,失稳点。,此后，试件承载能力急剧下降，曲线也迅速下降。,因此抗拉强度是均匀塑性变形和局部塑性变形两个阶段的分界点。,（,2,）第二个特征点是曲线的最高点,b,。这时载荷达到最大值，与此 对应的条件应力称为抗拉强度。以,b,表示。,12,条件应力应变曲线在失稳点,b,之前随着拉伸变形过程的进行，继续变形的应力要增加，反映了材料的强化现象。,但在,b,点之后，曲线反而下降，则不符合材料的硬化规律。此外，条件应力并不是单向拉伸试样横截面上的实际应力。在拉伸过程中，试样的横截面积在不断减少，截面上的实际应力值要大于条件应力。,（,3,）第三个特征是破坏点,k,，试样发生断裂，是单向拉伸塑性变形的终止点。,1,周，,41,、,42,节,13,条件应力应变曲线,不能真实地,反映材料在塑性变形阶段的力学特征。,原因是：（,1,）,F,0,试样原始面积；（,2,）试样产生缩颈后会产生形状硬化，处于三向不均匀拉应力状态；（,3,）相对应变不科学，不能代表真实应变。,图,3,28,缩颈处断面上的应力分布,14,1,）第一类真实应力,应变曲线：,真实应力,相对应变（,Y,）,2,）第二类真实应力,应变曲线：,真实应力,相对截面收缩率（,Y,）,真实应力,应变有三类，即,用真实应力和应变表示的曲线称为真实应力,应变曲线。,2,真实应力应变曲线,15,3,）第三类真实应力,应变曲线：,真实应力,对数应变（,Y,）,l,为试样的瞬时长度。,d,l,为瞬时长度的改变量,所以,对数应变（真实应变）的定义为：,16,将上式展开的：,金属塑性成形原理,应力,-,应变曲线,或,所以 总小于,在小变形时，,均匀拉伸时,17,又,而,或,以上公式将三种应变形式联系起来了。,金属塑性成形原理,应力,-,应变曲线,18,（,3,）真实应力,应变曲线的绘制,1,）第一类真实应力,应变曲线：真实应力,相对应变曲线（,Y,曲线）,方法,:,将条件应力,相对应变曲线上的,换算成真实应力,Y,即可。,19,2,）第二类真实应力,应变曲线真实应力,相对截面收缩曲线（,Y,曲线）,方法：,即,:,对条件应力,应变曲线（,曲线）进行转换,利用,20,方法步骤：,（,1,）求屈服点,s,3),第三类真实应力,应变曲线,：,真实应力,对数应变,曲线（,Y,）,实际上是用拉伸试验绘制真实应力应变曲线,21,（,2,）绘制缩颈前的曲线：,式中,P,各加载时瞬间的载荷，由试验机刻度盘读出。,F,试样瞬时断面积。可由,体积不变条件,求出。,22,即,而,或,因此，在,b,点之前，该段,Y,曲线可,逐点,作出。,代入,即,Y,可求,23,(3),绘制颈缩后的曲线（确定两点修正法）,在,b,点以后，为,集中,塑性变形阶段，上述公式不再成立。,24,因此，,b,点以后的曲线只能,近似,作出。这时，可根据断裂点,k,的试样断面积，按下式计算出,k,点的应力和应变：,这样便可作出曲线的,bK,段。,25,但是，出现缩颈后在缩颈部分已变为三向拉应力状态，试样断面上已不再是均匀的拉应力（见图,3,58,），产生了,“,形状硬化,”,。使应力提高。,边缘单,向受拉,靠中心三向受拉,未考虑形状硬化,所谓形状硬化：由于形状变化而产生应力升高的现象称形状硬化。,26,为此，为消除形状硬化的影响，必须加以修正，齐别尔（,Siebel,）等人提出用下式对曲线,bK,段进行修正。,边缘单,向受拉,靠中心三向受拉,边缘单向受拉,靠中心三向受拉,越靠中心,越大，因而使拉应力增大。,分析：,27,式中,Y,k,去除形状硬化后的,真实应力,；,Y,k,包含形状硬化在内的应力；,d,缩颈处直径。,缩颈处试样外形的曲率半径。,bK,修正后成为,bK,。于是,ocbK,，即为所求的真实应力,应变曲线。,28,从图可以看出，,Y,曲线在失稳点,b,后仍然是上升的，这说明材料抵抗塑性变形的能力随应变的增加而增加，也就是不断地发生硬化。,所以,真实应力,应变曲线也称为硬化曲线。,29,拉伸真实应力,-,应变曲线在失稳点的特性,则，,dp=0,设拉伸在塑性,失稳点之前某一瞬时的轴向载荷为,P,，试样断面积为,F,，真实应力为,S,，则有：,或,在塑性,失稳点处，,P,有极大值，,30,拉伸真实应力,-,应变曲线在失稳点所作的切线的斜率为,S,b,，该,切线,与横坐标的交点到,失稳点横坐标,间的距离为,=1,，这就是,真实应力,-,应变曲线在失稳点上所作,切线,的特性。,斜率,B,A,C,显然,AC=S,b,AB=,=1,31,判断：,真实应力真实应变曲线与条件应力应变曲线在试样拉伸产生缩颈以前上完全相同的,(),。,条件应力断面收缩率曲线与条件应力应变曲线在试样拉伸产生缩颈以前上完全相同的,(),。,产生缩颈,填空：,拉伸真实应力应变曲线上,过失稳点,(b,点,),所作的切线的斜率等于该点的,(),32,产生缩颈,Y,拉伸真实应力应变曲线上,过失稳点,(b,点,),所作的切线的斜率等于该点的,:,真实应力,Yb,33,二压缩试验曲线,拉伸试验曲线的局限性：,拉伸试验曲线的最大应变量受到塑性失稳的限制，一般,1.0,在左右，而曲线的精确段在,s,以后的点都可以看成是重新加载时的屈服点。以,g,点为例，若卸载,弹性关系，只要,s,，这一现象为硬化或强化，是塑性变形的,特点之一。,三、包申格效应,45,包申格效应,材料在一个方向加载（例如拉伸）超过屈服点到达,A,点（如图）后，卸载时按弹性规律到达,B,点，然后,反向,加载（即压缩），则发现反向加载时屈服点,C,的应力,s,的绝对值不但比,A,点的,s,小，而且小于初始的屈服应力,s,。,这种反向加载引起屈服应力叫,反向加载软化效应。,46,产生包申格效应的原因，可能与卸载后材料内部产生了与原加载,方向相反的残余应力,有关。,塑性理论中一般不考虑包申格效应，因为它给处理塑性理论问题带来很大困难。但在工程上处理交变载荷时应充分注意，例如，在工作状态下承受拉应力的构件，不能用,压缩载荷,来进行强化。包申格效应可用缓慢退火消除。,47,四、真实应力,应变曲线的简化型式,实际试验得的真实应力，应变曲线都,不是简单的函数形式,，为了理论上处理方便和,计算方便，需将试验所得的真实应力应变曲线，用一数学表达式来近似描述。研究表明，很多金属材料的真实应力应变曲线可以简化成幂强化模型，,可将它分为四种类型,48,金属塑性成形原理,应力,-,应变曲线,1,、,（,抛物线方程强化模型,）,指数曲线,常应用于室温的冷加工。,B,为材料系数,n,为硬化指数,49,B,1,为材料系数,m,为硬化指数,初始屈服应力的刚塑性强化曲线,用于塑性变形相比，弹性变形很小，可以忽略。常应用于大变形时室温的冷加工。,50,金属塑性成形原理,应力,-,应变曲线,2,、初始屈服应力的刚塑性硬化曲线,-,直线方程（简化形式）,（,1,）一般直线（,线性强化曲线,）,常应用于大变形时的室温冷加工。,51,（,2,）水平直线（,理想刚塑性,）,不产生加工硬化。常应用于大变形的热加工。,52,四、变形温度和变形速度对,真实应力,应变曲线,的影响,1,、变形温度对真实应力,应变曲线的影响,变形温度升高，真实应力,S,和加工硬化速率降低；发生再结晶时，真实应力应变曲线趋于一水平线,温度升高，,曲线的斜率减小,;,发生再结晶时，真实应力应变曲线趋于一水平线,53,1,）随温度升高，发生了回复和再结晶（软化），可消除和部分消除应变硬化现象。,2,）随温度升高，原子热运动加剧，动能增大，原子间的结合力减弱，使临界剪应力下降。,3,）随温度升高，改变钢中相组成，可能由多相性变为单相组织。,4,）随温度升高，晶界滑移易于发生，可,减小晶界对晶内变形的阻碍作用；扩散性蠕变作用加强。,54,规律：,对,真实应力,应变曲线,，温度升高，金属的硬化强度减小（即曲线的斜率减小）。并从某一温度开始，对,真实应力,应变曲线接近水平线，表明金属在变形中的硬化效应完全被软化作用所消除。,温度升高，,曲线的斜率减小,55,1,）变形速度位错运动速度加快，需要更大的切应力，因此流动应力；,2,）变形速度无时间发生回复和再结晶流动应力；,3,）变形速度温度效应显著流动应力。,金属塑性成形原理,应力,-,应变曲线,2,、变形速度对真实应力,应变曲线的影响,56,提问：,已知,1,=100,MPa,、,2,=60 MPa,3,=20 MPa,，则,57,条件应力应变曲线在失稳点,b,点之后，曲线下降，反映了材料的软化现象。,材料在一个方向加载（拉伸）超过屈服点,s,到达后卸载，然后,反向,加载（即压缩），则反向加载时屈服点应力的绝对值小于初始的屈服应力,s,。,形状硬化,应力应变顺序对应关系,包申格效应,消除接触表面间的摩擦的方法有两种：,圆柱体压缩时，在试件的端面上车出沟槽，主要作用是什么。,圆柱体压缩时,D/H,越大，,S-,曲线,。摩擦影响,。,58,59,对于,60,