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上海交通大学塑性成形硕士课程内容介绍《金属塑性成形力学》

上海交通大学 免费考研网/2013-01-06


《金属塑性成形力学》

课程代码X291501学分/学时3.0/54开课时间
课程名称金属塑性成形力学
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
面向专业金属塑性加工
预修课程金属塑性成形原理、弹性有限元法
课程讨论时数0 (小时)课程实验数0 (小时)
课程内容简介

大多数的金属零件与制品都是通过塑性加工方法成形的,塑性加工技术主要包括锻造、冲压、轧制、挤压、拉拔等,这些技术的主要特征是金属坯料在力的作用下产生永久变形(即塑性变形),从而形成所需要的形状。成形过程的变形分析是以塑性力学和材料科学为基础的,其分析结果是成形工艺设计和装备设计的理论依据。因此,金属塑性加工力学是材料加工工程学科的重要基础课程之一。本课程要解决的主要问题有:1. 金属塑性加工过程的应变分析与变形分析,为合理选择坯料形状、控制制品的形状质量和设计变形工艺提供依据。2. 塑性加工过程的应力分析与成形力分析,为选择成形设备吨位、控制制品残余应力提供依据。3. 金属塑性变形微观组织的演变及其对产品力学性能的影响,为控制产品的内在质量提供依据。为实现这些目标,本课程主要强化以下理论基础知识:1. 大变形过程的描述方法,应力和应变的表述以及各自要遵循的基本方程与边界条件。2. 材料的塑性变形性质与本构关系,金属发生塑性变形的条件以及塑性变形时的应力应变关系。3. 金属塑性变形时要遵循的基本原理特别是能量原理,基于能量原理的塑性变形分析方法,如上限法、刚塑性有限元法等。4. 金属塑性变形的微观机制以及产品的力学性能控制等。

课程内容简介(英文)

Most metal parts and products are manufactured through plastic metal 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 through the process 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 “Plasticity in metal Forming” is therefore one of the key courses in study of materials processing engineering.The purposes 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, preventing the product from 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 configuration 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 corresponding product mechanical property control.

教学大纲

① 课程的性质和任务 《金属塑性成形力学》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。通过本课程的学习,要求学生:1. 掌握现代塑性力学的基本理论;2. 掌握极限分析理论和上限法;3. 了解塑性成形有限元模拟技术。② 课程的教学内容和基本要求 一、 序论 了解金属塑性成形过程的理论研究方法及塑性成形力学所能解决的问题,及其在成形过程理论分析中的应用。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. 了解有限应变与小应变概念;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;三、本构方程1. 了解弹性状态下的本构方程;2. 了解Drucker公设,掌握最大塑性功原理;3. 了解加载及卸载概念4. 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。四、上限定理及其应用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. 掌握上限定理和上限法求解过程;3. 掌握利用Johnson上限模式和Avitzur上限模式对成形过程进行分析的方法;4. 了解流线、轨迹、速度势等概念的定义及性质;5. 了解势函数与流函数的定义及性质并能利用流函数法对金属流动过程进行分析;五、刚塑性有限元法1. 掌握有限元法求解过程及刚塑性有限元基本假设;2. 刚塑性增量理论的广义变分原理;3. Lagrangian乘子法;4. 罚函数法;5. 修正的罚函数法;6. 刚塑性有限元的基本原理及公式推导,求解方法;7. 计算中初始速度场的假定,常见问题的处理,等。③ 实验(上机)内容和基本要求 本课程安排一次塑性有限元算法的上机实践,共3学时。要求了解塑性有限元法的求解过程及计算中常见问题的处理方法。④ 对研究生能力培养的要求:1. 课内教学活动 学生通过本课程的课内学习,应能够掌握金属塑性成形的基本理论知识,并具有运用这些知识解决具体问题的能力。2. 课外科技活动和社会实践的教学活动中能力培养的安排及要求。 组织学生参加课题研究,在实践中锻炼学生分析问题和解决问题的能力。

课程进度计划

(无)

课程考核要求

① 考试目的检查学生对本课程的掌握情况,加强信息反馈。 ② 考试方式笔试。

参 考 文 献
  • 1. 崔振山,“金属成形力学”讲义。2. 王祖唐等,金属塑性成形原理。3. 彭颖红,金属塑性成形仿真技术。
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