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金属材料变形力的计算方法

时间:2018-08-06   来源:金属塑性变形   作者:乐虎国际娱乐e68   点击:

  变形力是指工件在成型的过程中,外界对工件施加的作用力,这个作用力存在于变形过程的每一阶段。在设计的过程中,变形力的确定至关重要,变形力的确定是设计的基础,通过变形力可以初步拟定各个零部件的设计标准,正确的选择非标件的材质,合理确定所设计设备的各方面参数。

  金属塑性变形的变形力求解方法主要有主应力法、滑移线法、变形功法、上限法等方法。

  金属材料变形力的计算方法

1、主应力法

  主应力法又称为平截面法和平均应力法,是通过对材料表面某一单元体进行分析客观反应整体受力情况的一种近似方法。主应力法是实际应用中最早应用于工业设计的方法,用于求解塑性变形过程中的变形力的大小。其实质是联立将米赛斯(Mises)屈服方程和应力平衡微分方程,联合求解,粗略得出变形力的大小。早在上世纪初,主应力法就已经应用工业生产中,用于粗略估算锻压、挤压、轧制等工序的变形力的大小。

需要注意的是,这种方法求解出的是工具与金属接触面上的应力分布情况,所简化的模型与实际情况接近程直接影响着所计算出结果的准确程度。由于乐虎国际娱乐e68滚压成型过程中,接触面较多,分布不一,而且金属流向很复杂,单一取一个面无法正确反应出变形力的整体情况,很难根据实际受力条件作出准确的受力数学模型,计算出准确的结果。

  

2、滑移线解滑移线场理论

  金属材料在外力作用时,其变形区域内金属材料分解成若干个点,每点的应力状态都可以用平均应力和最大切应力表示,没个点的切应力都是成对出现、相等且相互垂直。在塑性力学中,将塑形区内每个点的最大切应力方向两节起来,得到相互蒸饺的曲线,被称为滑移线,滑移线所存在的整个塑形区构成的线场,称为滑移线场。

  滑移线法的实质是通过寻找滑移线上的应力变化规律推算整个变形区域内的应力分布来求解变形力。这种方法首先需要通过亨盖应力方程给出滑移线场内质点的平均应力的变化与滑移线转角的关系式,然后建立塑形区域的应力辩解条件。

  滑移线方法通过变形区域内的质点求解在数学上比其求解方法严谨精度高。这种方法的难点在于很难正确的找到金属材料变形区域内的滑移线以及滑移线场。乐虎国际娱乐e68滚压成型过程中,变形主要发生在三个不同部位,管坯受力不均匀,无法建立准确的滑移线场,我们无法用滑移线法来求解乐虎国际娱乐e68成型的滚压力。

  

3、变形功法的的基本原理

  变形功法也被称为功平衡原理法,金属材料在变形过程的某个瞬间,外界条件(载荷和表面摩擦力)做材料所作的功的增量等于内力(应力)所作的功的增量。是根据能量守恒来求变形力的一种近似方法。

  在塑性变形时,由于摩擦力的影响,变形总是不均匀的,因而很难确定应变增量。假设变形体为作均匀变形,以便粗略确定应变增量,再用功平衡原理求解。乐虎国际娱乐e68滚压加工过程中,波峰处变形较大,其它位置变形小,使用功平衡原理并不能准确计算出变形力的大小,故不适合用于乐虎国际娱乐e68成型力的计算。

  

4、上限法的基本原理

  上限法是极限分析法中一种方法,是根据虚功原理和最大塑性功耗原理得出的,可以看作是功平衡法的另一种形式。上限法是按运动学许可的速度场(主要满足速度边界条件和体积不变条件)来确定变形载荷的近似解,推算出的近似解总是大于真是载荷,故称上限法。

  求解时,假设变形体为刚性块,给稳定平衡状态下的变形体一个微小位移,在塑性变形时,假设两个刚性块之间发生互相滑动(虚位移),则外力在次虚位移上作的功,近似内部应力对刚性块的虚应变功。这种方法需要根据滑移线场来划分刚性块,然而用这种方法求解乐虎国际娱乐e68滚压成型的问题时,乐虎国际娱乐e68变形不均匀,难以建立滑移线场,故用这种方法也不适合作为准确的乐虎国际娱乐e68成型力的求解方法。

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