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上海交通大学塑性成形硕士课程内容介绍《材料加工力学基础》

上海交通大学 免费考研网/2013-01-06


《材料加工力学基础》

课程代码X291507学分/学时3.0/54开课时间
课程名称材料加工力学基础
开课学院材料科学与工程学院塑性成形技术与装备研究院
任课教师崔振山
面向专业
预修课程
课程讨论时数4 (小时)课程实验数0 (小时)
课程内容简介

《材料加工力学基础》是一门应用技术基础学科,其任务是从理论上研究金属的塑性变形过程,减少依靠经验处理工艺问题的盲目性,增加科学预见性,从而达到合理利用材料、节约能源、减轻劳动强度、改进产品质量和提高生产效率的目的。通过学习本课程,学生将系统地掌握金属塑性大变形问题的研究方法和力学基础,熟悉力学问题的张量表示和运算规则,掌握求解大变形问题的能量原理和刚塑性有限元方法,为深入研究材料成形问题打下坚实的力学基础。通过本课程的学习,要求学生:掌握现代塑性力学的基本理论;掌握极限分析理论和上限法;了解塑性成形有限元模拟技术;了解高温相变过程的力学原理。

课程内容简介(英文)

Most metal parts and products are manufactured through metal plastic forming technology. Metal forming technology mainly includes forging, stamping, rolling, extrusion, drawing, et al. The typical characteristic of these technologies is that the metal workpiece undergoes permanent deformation by means of applied force so that the desired shape is obtained. The deformation analysis in metal forming process is based on plasticity theory and material science, and the corresponding results takes a great role as fundamental reference in the design of metal forming procedure and forming machines. The course of “Fundamental Mechanics in Material Processing” is therefore one of the key courses in study of materials processing engineering.The main topics of this course are:1.Strain and deformation analysis of metal forming process so that to provide theoretical bases for rationally designing billet or sheet profile, controlling the surface quality, and laying out the processing schedule.2.Stress and forming load analysis of metal forming process so that to provide theoretical bases for selecting machine capacity and preventing the product from undesirable residual stress.3.Prediction of metal microstructure evolution and its influence to the product mechanical properties so that to provide reference for controlling the inner quality of the product.For these purposes, the main theoretical bases that should be emphasized in this course are as follows:1.The description of large displacement deformation case, the formulation of stress and strain for nonlinear deformation behavior, and the governing differential equations and boundary conditions of these variables.2.Material plastic deformation behavior and constitutive relations, yielding criterion and stress-strain relationship for plastic deformation.3.Basic principle, especially the energy theorem, for metal plastic deformation, energy theorem based analysis method, such as upper bound method, rigid plastic finite element method, et al.4.Microscopic mechanism in metal plastic deformation, and product mechanical property control.

教学大纲

教学内容安排与学习大纲:(一) 序论了解金属塑性成形过程的理论研究方法及其发展过程、塑性成形力学所能解决的问题与应用现状。(二) 应变场与应力场1.了解场、点、质点及构形等应变场基本概念;2.掌握Lagrange变量和Euler变量的定义;3.掌握有限应变与小应变概念与计算方法;4.了解Lagrange应力、Kirchhoff应力和Euler应力的概念、掌握平衡方程、几何方程、边界条件等基本内容;5.掌握应力张量与应变张量的分解方法,主应力与主应变的定义与计算方法。(三) 弹性与塑性本构关系1.了解弹性状态下的本构方程;2.掌握Mises屈服准则和Tresca屈服准则及其在应力空间上的表示方法。3.掌握增量理论与全量理论及其区别与应用,了解不同材料的本构方程。4.掌握Drucker公设、塑性势流动理论和最大塑性功原理;5.了解塑性加载和弹性卸载的概念,掌握其判定方法。(四) 上限原理及其应用1.了解极限分析方法,掌握静可容应力场和动可容速度场等概念;2.掌握上限原理和上限法求解过程,了解下限原理;3.掌握利用刚性块法上限模式和连续速度场上限模式的求解方法,能够对简单成形过程进行上限分析;4.了解流函数的定义及性质,能够利用流函数法建立简单成形过程的速度场、并进行上限分析。(五) 刚塑性有限元法1.掌握有限元法基本思路及刚塑性有限元基本假设;2.掌握刚塑性有限元法的变分原理基础(含Lagrangian乘子法、罚函数法和修正的罚函数法);3.掌握变形体离散化方法和单元物理量的表示方法;4.掌握基于罚函数法和Lagrangian乘子法的刚塑性有限元法的公式推导和求解方法;5.掌握初始速度场的假定及摩擦边界等常见问题的处理方法,能够对简单问题成形问题进行刚塑性有限元分析。(六) 温度-组织-应力耦合关系1.了解组织-应力本构关系及相关理论;2.掌握单一相力学行为和多相混合组织力学行为描述;3.掌握相变塑性的实验测定;4.掌握应力/应变对相变动力学的描述(经典模型和广义热力学出发的唯象模型);5.了解温度-组织-应力耦合求解的计算流程;6.了解应力驱动组织转变耦合分析的有限元实现。

课程进度计划

(无)

课程考核要求

(无)

参 考 文 献
  • [1] 崔振山,《材料加工力学基础》讲义。[2] 王祖唐等,《金属塑性成形原理》,机械工业出版社。[3]J.Lemaitre ,J.L.Chaboche著,余天庆,吴玉树译,《固体材料力学》,北京:国防工业出版社,1997。
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