个人介绍
材料成型原理

主讲教师:杨西荣、杜忠泽、刘晓平

教师团队:共4

  • 杨西荣
  • 杜忠泽
  • 罗雷
  • 刘晓平
学校: 西安建筑科技大学
开课院系: 冶金工程学院
专业大类: 材料学
开课专业: 金属材料工程
课程英文名称: Materials Forming Principle
课程编号: 108178
学分: 4
课时: 64
本课程是金属材料工程专业必修的专业基础课。主要讲述塑性成型力学、塑性成型材料学及塑性加工摩擦学这三方面的相关内容。其中塑性加工力学主要研究变形体中应力、应变的表示、大小、分布及相互关系,由弹性过渡到塑性的力学条件,确定变形和变形力的求解模式等内容;塑性成型材料学主要研究塑性变形机理和塑性变形与成分、组织间的关系,以及热力学条件对变形过程的影响,确定由弹性到塑性过渡的条件;塑性加工摩擦学主要研究边界摩擦与润滑等因素对塑性变形规律的影响及有效摩擦的利用。
教师团队

杨西荣

职称:教授

单位:西安建筑科技大学

部门:冶金工程学院

杜忠泽

职称:教授

单位:西安建筑科技大学

部门:人事处

职位:副处长

罗雷

职称:工程师

单位:西安建筑科技大学

部门:冶金工程学院

刘晓平

职称:教师

单位:西安建筑科技大学

部门:冶金工程学院

课程教学基本要求

1. 课堂讲授

教学方法采用课堂讲授与实践相结合的方法,以讲授为主,辅助实验,使学生掌握基本概念、理论的同时,结合实习和实验课加强学生能力的培养。

2. 作业方面

布置习题的目的有两点:(1)加深同学对基本理论概念的理解,强化掌握计算方法;(2)布置习题时尽量与实际生产结合起来,实现同学从理论到实际的过渡,为今后学习专业课打下一定基础。

每章节授课完成后给学生布置1-2道作业题或思考题,以加深学生对所学的基本概念、基本原理和重要公式的理解和应用。

3. 考核方式

本课程是考试课程,考试以笔试为主,采取闭卷形式,题型主要有填空、选择、判断对错、简答和计算等。成绩评定:卷面成绩占7080﹪,平时成绩占2030﹪(其中考勤占10%)。

课程教学内容及要求

第一篇 塑性变形力学基础

第零章 绪论

内容:主要介绍什么是塑性成型,塑性成型的几种基本方法及其特点,塑性成型技术发展过程和趋势,以及本课程的目的及任务。

基本要求:

1.      掌握塑性成型的基本概念。

2.      了解塑性成型的几种基本方法及其特点。

3.      了解塑性成型技术发展过程和趋势。

4.      了解本门课程的目的及任务,掌握本课程的学习方法。

重点:掌握塑性成型的基本概念,塑性成型的几种基本方法及其特点。

第一章 应力分析与应变分析

内容:外力、内力和应力;点的应力概念、描述方法;斜面应力的确定;应力边界条件;应力张量定义与性质;应力不变量;主应力图;应力张量分解;应力平衡微分方程;位移、位移增量、应变、几何方程;点的应变状态概念、描述方法;任意方向上应变的确定;应变张量与应变不变量;特殊应变;应变张量分解;应变协调方程概念与意义,塑性变形体积不变条件,变形力学图;应变速度张量定义、意义;应变增量张量定义、意义,全量应变与增量应变关系。

基本要求:

1.      理解外力、内力和应力的概念。

2.      掌握点的应力、应变的概念。

3.      掌握点的应力、应变的表示,并能确定给定斜面的应力应变。

4.      掌握应力(变)张量、不变量的定义及性质。

5.      掌握主应力图示及应力张量分解。

6.      了解应力平衡微分方程及应力边界条件。

7.      了解应变协调方程。

8.      掌握应变速度、应变增量张量的定义,了解其意义。

9.      掌握全量应变与增量应变关系。

10.   了解应力、应变在塑性成型中的应用,学会分析实际问题中的受力及变形。

重点:应力状态概念,任意斜面上应力公式,张量分解,平衡方程;几何方程等

难点:一点的应力(变)状态;任意斜面上的应力(变);应力(变)坐标变换;一点处无限小应变。

第二章 金属塑性变形屈服条件与本构方程

内容:金属塑性变形过程和力学特点Tresca Mises 屈服条件,二者的差异;加载与卸载准则,加载路径概念;增量理论与全量理论;变形抗力概念,加工硬化曲线,影响变形抗力的因素;塑性热与本构方程;平面应变问题与轴对称问题

基本要求:

1.掌握变形过程中力学特点。

2.掌握塑性成型两个塑性条件。

3.了解加载与卸载准则。

4.掌握增量理论与全量理论。

5.掌握变形抗力的概念及加工硬化曲线。

6.掌握塑性热与本构方程。

7.掌握平面应变问题与轴对称问题。

重点:Tresca Mises 屈服条件,增量理论,塑性热,平面问题与轴对称问题,影响变形抗力因素

难点:屈雷斯卡塑性条件和密塞斯塑性条件推导,塑性条件的几何解释,塑性条件的实验验证;平面变形及轴对称问题;

第三章 变形力的工程法解析

内容:变形力、平均单位压力概念,应力状态系数;摩擦力对接触应力、流动的影响;工程法要点;平锤压缩矩形块,平锤镦粗、棒材挤压求解。

基本要求:

1.      掌握变形力、平均单位压力及应力状态系数概念;

2.      了解摩擦力对接触应力、流动的影响;

3.      掌握工程法的要点;

4.      了解平锤压缩矩形块,平锤镦粗、棒材挤压的求解。

重点:工程法的应用。

难点:工程法的要点及解题步骤。

第四章滑移线理论及应用

内容:滑移线理论法的基本概念;汉基应力方程;滑移线的几何性质;应力边界条件和滑移线场的绘制;H.盖林格速度方程和速端图;三角形均匀场与简单扇形场组合问题及滑移线场求解应用实例。

基本要求:

1.      掌握滑移线法基本概念;

2.      掌握汉基应力方程和汉基第一定理;

3.      掌握速度方程及速端图等概念;

4.      了解滑移线法的解题步骤及其在塑性成型中的应用;

5.      掌握三角形均匀场与简单扇形场组合问题解题方法。

重点:滑移线法基本概念、基本假设,汉基应力方程和汉基第一定理,速度方程及速端图等概念。

难点:滑移线法的解题步骤及其在塑性成型中的应用。

第五章极值原理及上限法应用

内容:功平衡法;极值原理及上限法;速度间断面及其速度特性;Johnson 上限模式及应用和 Avitzur 上限模式及应用。

基本要求:

1.      了解功平衡法基本原理;

2.      掌握极值原理及上限法;

3.      了解速度间断面及其速度特性;

4.      掌握Johnson 上限模式及应用;

5.      掌握Avitzur 上限模式及应用。

重点:上限模式及应用。

难点:速度间断面及其速度特性。

第六章 塑性成型原理的应用

内容:塑性成型原理在挤压、轧制、拉拔、锻造、冲压中的应用实例;挤压、轧制、拉拔、锻造、冲压变形的数值模拟与仿真。

基本要求:

1.      了解塑性成型原理在挤压、轧制、拉拔、锻造、冲压中的应用实例;

2.      了解挤压、轧制、拉拔、锻造、冲压变形的数值模拟与仿真

重点:塑性加工原理在挤压、轧制、拉拔、锻造、冲压中的应用。

难点:挤压、轧制、拉拔、锻造、冲压变形的数值模拟与仿真。

第二篇金属塑性成型摩擦学

第七章 塑性成型时金属的流动与变形

内容:金属塑性变形的宏观规律,变形特点,金属质点流动的基本规律,自由变形理论及最小阻力定律;不均匀变形的原因和后果,减轻不均匀变形的措施;基本应力,附加应力,工作应力,残余应力的概念,附加应力产生的原因及后果,消除或减轻残余应力的措施;应力与变形的分布和测定方法;塑性变形过程的断裂与可加工性

基本要求:

1.      了解金属塑性变形的宏观规律,变形特点。

2.      掌握金属质点流动的基本规律,自由变形理论及最小阻力定律;

3.      了解不均匀变形的原因和后果,减轻不均匀变形的措施;

4.      掌握基本应力,附加应力,工作应力,残余应力的概念,

5.      理解附加应力产生的原因及后果,分析消除或减轻残余应力的措施;

6.      了解应力与变形的分布和测定方法;

7.      掌握塑性变形过程的断裂与可加工性。

重点:不均匀变形典型现象的分析;各种基本概念,塑性变形过程中的断裂

难点:不均匀变形分析;塑性变形过程的断裂与可加工性

第八章 金属塑性成型过程中的接触摩擦与工艺润滑

内容:塑性成型中摩擦分类,摩擦机理;影响摩擦系数的因素及摩擦系数的测定方法;塑性成型中润滑机理及选择润滑剂的原则和方法;近代润滑方法改进对产品质量的影响。

基本要求:

1.      掌握塑性成型中摩擦分类及摩擦机理;

2.      了解影响摩擦系数的因素及摩擦系数的测定方法;

3.      了解塑性成型中润滑机理;

4.      掌握选择润滑剂的原则和方法;

5.      了解近代润滑方法改进对产品质量的影响

重点:摩擦机理及润滑机理,掌握一种摩擦系数的测定方法。

难点:摩擦系数的测定方法。

第三篇金属塑性成型物理基础

第九章 金属的塑性

内容:金属塑性的概念及测定方法;多晶体塑性变形机理;影响塑性因素、塑性图及提高塑性途径;塑性变形对金属组织性能的影响;超塑性的概念、分类及产生条件。

基本要求:

1.      掌握金属塑性的概念

2.      了解金属塑性的测定方法;

3.      了解多晶体塑性变形机理;

4.      掌握影响塑性因素、塑性图及提高塑性途径;

5.      掌握塑性变形对金属组织性能的影响;

6.      了解超塑性的概念、分类及产生条件。

重点:塑性图及其应用;塑性变形过程中材料组织的变化

难点:多晶体塑性变形机理;塑性变形对金属组织的影响。

第十章 塑性成型过程的组织变化与温度——速度条件

内容:冷、热变形时的纤维组织;动态回复及动态再结晶;塑性变形中的热效应及温度效应;形变热处理。

基本要求:

1.      掌握冷、热变形时的纤维组织的形成机理;

2.      掌握动态回复及动态再结晶;

3.      了解塑性变形中的热效应及温度效应;

4.      掌握形变热处理。

重点:纤维组织形成机理;动态回复及动态再结晶等。

难点:动态回复及动态再结晶;形变热处理


课程性质,目的和任务

1、课程性质

“塑性成型原理”金属材料工程专业必修的专业基础课是学生系统学习金属塑性成型工艺的基础。主要包括塑性成型力学、塑性成型物理本质、基本规律以及塑性成型摩擦学等方面的内容。

2、课程目的和任务

课程的目的是科学、系统地阐明金属塑性变形的基础与规律,为学习后续的塑性成型工艺课程作理论准备,为合理制定塑性变形工艺奠定理论基础。

课程的任务是使学生掌握塑性成型变形体中的受力与变形的关系,从应力、应变分析入手,建立求解塑性成型问题的基本方程,进而结合塑性成型实际问题掌握主要的解析方法:工程法、滑移线法及上、下界法。同时通过学习塑性变形过程物理基础及基本规律,使学生掌握金属塑性变形机理以及塑性变形与化学成分、金属组织状态之间的关系,边界摩擦与润滑等因素对塑性变形规律的影响以及有效摩擦的利用通过学习,使学生掌握基本概念、基本理论和基本方法及其应用,同时培养学生逻辑思维能力(包括推理、分析、判断等);抽象化能力(包括将实际问题抽象为力学模型,应用力学理论求解);自学能力、表达能力及数字计算能力。

教学日历



 

周学时

讲      课

实验(或上机)、习题、课堂讨论、自学

学时

内  容

学时

内   容

3

6

2

课程的基本情况及要求 0绪论 0.1金属成型特点及分类、0.2塑性成型理论的发展 0.3 本课程特点及学习方法



2

塑性力学基础 1应力分析与应变分析1.1应力与点的应力状态

2

1.2 点的应力状态分析 1.2.1主应力及应力张量不变量

1.2.2 主剪应力及最大剪应力



4

4

2

1.2.3 八面体应力1.3 应力张量的分解与几何表示



2

1.4 应力平衡微分方程

5

2

2

应力边界条件 1.5 应变与位移关系方程(上)



6

6

2

1.5 应变与位移关系方程(下)1.6 一点的应变分析1.9 主应变图示表示1.7 应变增量



2

1.8 应变速度张量 第一章复习

2 金属塑性变形的物性方程 2.1 金属塑性变形过程和力学特点

2

2.2塑性条件方程(上)

7

6

2

2.2塑性条件方程(下)2.3塑性应力应变关系



2

例题讲解 2.4等效应力与等效应变 2.5 变形抗力曲线与加工硬化

2

2.6 影响变形抗力的因素 2.7 平面问题和轴对称问题;例题讲解

8

6

2



应力、应变分析及物性方程习题讲解

2

3金属塑性加工变形力的工程解析 3.1工程法及其要点

3.2 直角坐标平面应变问题解析



2

3.3 圆柱坐标轴对称问题3.4 极坐标平面应变问题解析

3.5 球坐标轴对称问题的解析

9

6

2

4滑移线理论及应用4.1 概述4.2 平面应变问题和滑移线场

4.3 汉盖(Hencky)应力方程——滑移线的沿线力学方程



2

4.4 滑移线的几何性质4.5 应力边界条件和滑移线场的绘制

4.6 速度方程和速端图

2

4.7 滑移线场解题步骤 4.8例题解析

10

6

2



滑移线习题课

2

5功平衡法和上限法及其应用 5.1 功平衡法 5.2虚功原理

5.3 最大塑性功原理 5.4 极值原理及上限法 5.5 速度间断面及其速度特性



2

5.6 Johnson上限模式及应用  5.7 Aviztur上限模式及应用

11

6

2

6金属塑性加工的宏观规律6.1金属塑性流动规律6.2影响金属塑性流动和变形的因素6.2.1摩擦的影响6.2.2变形区的几何因素的影响6.2.3工具的形状和坯料形状的影响6.2.4外端的影响

6.2.5变形温度的影响 6.2.6金属性质不均的影响



2

6.3不均匀变形、附加应力和残余应力

2

6.4金属塑性加工诸方法的应力与变形特点

12

4

2

6.5塑性加工过程的断裂与可加工性



2

7金属塑性加工的摩擦与润滑7. 1  概述 7. 2  金属塑性加工时摩擦的特点及作用 7. 3  塑性加工中摩擦的分类及机理 7.4摩擦系数及其影响因素

13

4

2

7. 5  测定摩擦系数的方法 7. 6  塑性加工的工艺润滑



2

8.1  金属的塑性  8.2  金属多晶体塑性变形的主要机制

14

4

2

8.3  影响金属塑性的因素 8.4 金属的超塑性



2

9塑性加工过程的组织性能变化和温度—速度条件

9.1  塑性加工中金属的组织与性能

15

4

2

9.2  金属塑性变形的温度——速度效应



2

9.3  形变热处理

 

说明:(1)周学时包括本周讲课、实验(或上机)、习题、课堂讨论、自学等课内学时。(2)讲课、实验(或上机)、习题、课堂讨论、自学等,均应填写每次课时的内容。(3)各周之间,划线隔开。(4)本表一式三份,任课老师、教研室、院(系、部)各一份。(开学第一周内交)。

参考书目




 



课程评价

教学资源
课程章节 | 文件类型   | 修改时间 | 大小 | 备注
1.1 本课程基本情况
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2023-04-16 539.17KB
1.2 材料加工及在国民经济中的地位特点
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1.3 金属塑性成型的内涵、特点及分类
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2022-09-06 984.04KB
1.4 概述测验
作业
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2023-08-30 --
2.1 应力与点的应力状态
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2.2 点的应力状态分析
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2.3 应力张量的分解与几何表示
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2.4 应力平衡微分方程
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2.5 物体变形的表示方法
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2.6 应变与位移关系方程
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2.7 点的应变状态分析
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2.8 主应变图与变形程度表示
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2022-09-06 707.07KB
2.9 应变增量
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2.10 应变速度张量
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3.1 金属塑性变形过程和力学特征
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3.2 塑性条件方程
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3.3 塑性应力应变关系
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3.4 等效应力与等效应变
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3.5 变形抗力曲线与加工硬化
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3.6 影响变形抗力的因素
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3.7 平面问题和轴对称问题
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4.1 工程法及其要点
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4.2 直角坐标平面应变问题解析
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4.3 圆柱坐标轴对称问题
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4.4 极坐标平面应变问题解析
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4.5 球坐标轴对称问题解析
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5.1 概述
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5.2 平面应变问题和滑移线场
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5.3 汉盖(Hencky)应力方程——滑移线的沿线力学方程
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5.4 滑移线的几何性质
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5.5 应力边界条件和滑移线场的绘
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5.6 速度方程和速端图
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5.7 滑移线场解题步骤
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6.1 功平衡法
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6.2 虚功原理
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6.3 最大塑性功原理
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6.4 极值原理及上限法
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6.5 速度间断面及其速度特性
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6.6 Johnson上限模式及应用
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6.7 Aviztur上限模式及应用
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7.1 引言
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8.2 液态金属的停止流动机理与充型能力
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8.3 影响充型能力的因素
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9.1 传热基本原理
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9.2 铸造过程温度场
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9.3 熔焊过程温度场
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10.1 铸件的宏观组织特征及形成机理
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2022-10-26 240.17MB
 
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2022-10-26 35.01MB
14.2 焊接热循环下的金属组织转变特点
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2022-10-26 34.72MB
14.3 焊接热影响区的组织与性能
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2022-10-26 30.66MB
15.1 合金中的成分偏析
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2022-10-26 22.84MB
15.2 气孔与夹杂
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15.3 缩孔与缩松
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2022-10-15 29.07MB
15.4 应力与变形
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2022-10-26 26.44MB
15.5 热裂纹
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15.6 冷裂纹
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2022-10-15 25.04MB
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