强度计算.基本概念：塑性：塑性加工中的环境影响与可持续性.pdfVIP

强度计算.基本概念：塑性：塑性加工中的环境影响与可持

续性

1强度计算与塑性基本原理

1.1塑性变形的定义与分类

塑性变形是指材料在超过其弹性极限后，发生永久性形变而不立即断裂的

现象。这种变形是不可逆的，即使外力去除，材料也不会恢复到原来的形状。

塑性变形可以分为两大类：

1.均匀塑性变形：在整个材料中均匀发生，没有明显的局部集中现

象。

2.非均匀塑性变形：变形集中在材料的某些局部区域，如在弯曲、

拉伸等加工过程中，变形区的应力和应变分布不均匀。

1.1.1示例说明

假设有一根金属棒，在拉伸试验中，当应力超过材料的屈服强度时，金属

棒开始发生塑性变形。如果应力继续增加，变形将从均匀转变为非均匀，最终

可能在某个薄弱点断裂。

1.2塑性变形的力学模型

塑性变形的力学模型用于描述材料在塑性状态下的应力-应变关系。常见的

塑性变形模型包括：

1.理想塑性模型：材料在屈服后，应力保持不变，应变可以无限增

加。

2.线性硬化模型：屈服后，应力随应变的增加而线性增加。

3.幂律硬化模型：屈服后，应力与应变的关系遵循幂律函数。

1.2.1示例代码

以下是一个使用Python实现的理想塑性模型的简单示例：

importnumpyasnp

defideal_plasticity(stress,strain,yield_strength):

理想塑性模型计算应力应变关系

-

:paramstress:当前应力

:paramstrain:当前应变

1

:paramyield_strength:材料的屈服强度

:return:更新后的应力值

ifstrain=0:

return0

elifstressyield_strength:

returnyield_strength

else:

returnstress

#示例数据

yield_strength=250#MPa

strains=np.linspace(0,0.1,100)#生成应变序列

stresses=[ideal_plasticity(yield_strength,s,yield_strength)forsinstrains]#计算应力序列

#打印结果

print(stresses)

1.3塑性加工中的应力与应变分析

在塑性加工中，如锻造、挤压、轧制等，材料的应力和应变分析至关重要。

这有助于理解材料的流动行为，预测加工过程中的缺陷，以及优化工艺参数。

1.3.1应力分析

应力分析通常涉及计算材料在不同加工条件下的主应力、剪应力和接触应

力。这些应力的分布和大小直接影响材料的塑性变形和加工质量。

1.3.2应变分析

应变分析则关注材料在加工过程中的应变分布，包括真应变、工程应变和

应变率。通过应变分析，可以评估材料的塑性变形程度，以及预测可能的加工

缺陷。

1.3.3示例代码

使用Python和NumPy库进行简单的应力-应变分析：

importnumpyasnp

defstress_strain_analysis(strain,youngs_modulus,yield_strength):

应力应变分析

-

:paramstrain:应变值

:paramyoungs_modulus:材料的弹性模量

2

:paramyield_strength:材料的屈服强度

:return:应力值

ifstrain=0:

return0

elifstrainyield_strength/youngs_modulus:

returnyoungs_modulus*strain

else:

returnyield_strength

#示例数据

youngs_modulus=200e3#MPa

yiel