塑性加工力学(mechanics of metalforming)

研究金属等材料在塑性变形过程中的变形力学规律的基础理论学科。是金属塑性加工基础理论之一。它的任务是结合金属等材料的流变特性，分析塑性成形中的应力应变状态、建立变形力学方程、确定塑性加工变形时的力能参数和变形参数以及应力和应变在变形体内分布，从而为正确选择塑性加工变形方式、制定合理的工艺规程、优化设计轧辊孔型和其他工模具、选择合适的加工设备、确定加工变形界限、分析加工变形过程产生缺陷的原因及其消除方法等提供科学依据。

塑性加工力学的主要内容有

(1)塑性力学基础理论，包括应力理论、应变理论以及金属等材料的物理方程——屈服条件和本构方程；

(2)塑性加工变形力学的计算方法，包括变形力学问题的工程解法、变形力学问题的滑移线解法、上界法、下界法和变形力学问题的有限元解法等。

发展及应用

塑性加工力学是在塑性力学的基础上随着金属塑性加工技术的发展而逐渐形成的。最先将塑性力学用于研究塑性加工成形的是德国的卡尔曼(T．von Kar—man)，他在1925年用初等解析法分析了轧制时单位压力分布。不久美国萨克斯(G．Sachs)和德国西贝尔(E．Siebel)在研究拉拔过程时也提出了类似的解法，当时称为截块法(slab法)。20世纪50年代苏联翁克索夫提出了一个实质上与截块法相似的方法，他通过光弹性实验对镦粗时工具和工件接触表面上的单位摩擦力分布提出了一些新的见解。现在人们一般称以上的解析方法为工程计算法，至今这种方法仍广泛应用。滑移线解法是20年代由亨基(H．Hencky)和普朗特(L．Prandtl)提出的，到40年代才应用到解析塑性加工变形过程上来。60年代以来滑移线解法已成为塑性加工方面求解平面变形问题的一种很重要的解析方法。该法在用于求解平面应力问题和轴对称变形问题方面也取得了某些进展。50年代英国约翰逊(w．Johnson)和日本的工藤英明等人根据塑性力学的极值原理，提出了确定塑性加工极限载荷的上界法(或称上限法)。到90年代这种方法已发展到有多种不同的求解方式，不仅可求解平面变形问题和轴对称变形问题，而且也可用求解某些三维变形问题。因此上界法在塑性加工中获得广泛应用。

除了上述几种常用的解析方法外，随着电子计算技术的发展，特别是高速电子计算机的广泛应用，各种数值计算法在塑性加工力学上的应用受到了各国普遍重视。80年代以来做为数值计算法的非线性有限元法和复合解析法在塑性加工成形的分析上获得越来越广泛的应用，因为这种方法能模拟受到多因素(如温度、摩擦和工具形状等)影响的各种塑性加工成形过程，并能预测成形力和能、应力和应变分布以及金属流动方向等。上述这些塑性加工力学的解析方法相互联系，又各有特点和应用范围、彼此之间又互相补充，不断发展。随着塑性加工技术的进步，超塑性材料、粉末或多孔材料、复合材料和半熔融状态的成形力学也有较大的发展。

自60年代以来塑性加工实验力学方法发展也很快，如视塑性法、光塑性法和云纹法等都不同程度得到应用。塑性加工数学力学与实验力学的相互结合将推动塑性加工力学不断进步。

对于塑性加工成形过程，除进行了变形力学的研究外，还从材料科学方面开展了大量研究，如从金属的微观结构出发运用金属物理的基本理论和现代测试技术研究金属塑性变形的物理本质。然而，塑性加工力学和材料科学这两方面的研究工作并不是孤立的，而是相互渗透、彼此影响和互相促进的。这就是说塑性加工变形的宏观力学与变形材料的微观力学相互结合才能促进塑性加工变形力学理论向纵深发展，共同组成完整的理论体系。

塑性加工力学尚存在的主要问题是：

(1)缺乏反映各种实际工件材料流变特性的变形抗力模型和本构方程；

(2)工件和工具的接触摩擦机制及摩擦力分布模型尚没有精确建立；

(3)对于初始和边界条件(包括温度和接触摩擦条件)非常复杂的成形过程尚难得较精确的解；

(4)虽然用大容量高速电子计算技术对复杂的成形过程能够进行数值计算，但仍存在着计算时间过长和计算成本较高的问题。今后的发展趋势是使塑性加工数学力学与实验力学相结合，塑性加工变形宏观力学与变形材料的微观力学相结合，弄清各类材料进行不同塑性加工成形过程的机制，采用有根据而又可靠的简化处理方法，以求得更精确更具有实用特点的解。