第一篇：金屬力學(xué)讀書報(bào)告

金屬力學(xué)讀書報(bào)告

任何機(jī)械零件或工具，在使用過程中，往往要受到各種形式外力的作用。如起重機(jī)上的鋼索，受到懸吊物拉力的作用；柴油機(jī)上的連桿，在傳遞動(dòng)力時(shí)，不僅受到拉力的作用，而且還受到?jīng)_擊力的作用；軸類零件要受到彎矩、扭力的作用等等。這就要求金屬材料必須具有一種承受機(jī)械荷而不超過許可變形或不破壞的能力。這種能力就是材料的力學(xué)性能。金屬表現(xiàn)來的諸如彈性、強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等特征就是用來衡量金屬材料材料在外力作用下表現(xiàn)出力學(xué)性能的指標(biāo)。

強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度指標(biāo)一般用單位面積所承受的載荷即力表示，符號為σ，單位為MPa。工程中常用的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度是指金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力，或開始出現(xiàn)塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值，用σs表示。抗拉強(qiáng)度是指金屬材料在拉力的作用下，被拉斷前所能承受的最大應(yīng)力值，用σb表示。

對于大多數(shù)機(jī)械零件，工作時(shí)不允許產(chǎn)生塑性變形，所以屈服強(qiáng)度是零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)；對于因斷裂而失效的零件，而用抗拉強(qiáng)度作為其強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。

塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力。工程中常用的塑性指標(biāo)有伸長率和斷面收縮率。伸長率指試樣拉斷后的伸長量與原來長度之比的百分率，用符號δ表示。斷面收縮率指試樣拉斷后，斷面縮小的面積與原來截面積之比，用y表示。伸長率和斷面收縮率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行壓力加工的必要條件，也是保證機(jī)械零件工作安全，不發(fā)生突然脆斷的必要條件。

硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物體壓入的能力。硬度是材料的重要力學(xué)性能指標(biāo)。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越大，硬度值也越高。

金屬材料抵抗沖擊載荷的能力稱為沖擊韌性，用ak表示，單位為J/cm2。沖擊韌性常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)測定，即把被測材料做成標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣，用擺錘一次沖斷，測出沖斷試樣所消耗的沖擊AK，然后用試樣缺口處單位截面積F上所消耗的沖擊功ak表示沖擊韌性。ak值越大，則材料的韌性就越好。ak值低的材料叫做脆性材料，ak值高的材料叫韌性材料。很多零件，如齒輪、連桿等，工作時(shí)受到很大的沖擊載荷，因此要用ak值高的材料制造。鑄鐵的ak值很低，灰口鑄鐵ak值近于零，不能用來制造承受沖擊載荷。

第一章 合金強(qiáng)化

從根本上講，金屬強(qiáng)度來源于原子間結(jié)合力。如果一個(gè)理想晶體，在切應(yīng)力作用下沿一定晶面和晶向發(fā)生滑移形變，根據(jù)計(jì)算，此時(shí)金屬的理論切變強(qiáng)度一般是其切變模量的1/10～1/30。而金屬的實(shí)際強(qiáng)度只是這個(gè)理論強(qiáng)度的幾十分之一，甚至幾千分之一。造成這樣大差異的原因曾是人們長期關(guān)注的課題。直到1934年，奧羅萬(E.Orowan)、波拉尼M.Polanyi)和泰勒(G.I.Taylor)分別提出晶體位錯(cuò)的概念；位錯(cuò)理論的發(fā)展揭示了晶體實(shí)際切變強(qiáng)度（和屈服強(qiáng)度）低于理論切變強(qiáng)度的本質(zhì)。在有位錯(cuò)存在的情況下，切變滑移是通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，所涉及的是位錯(cuò)線附近的幾列原子。而對于無位錯(cuò)的近完整晶體，切變時(shí)滑移面上的所有原子將同時(shí)滑移，這時(shí)需克服的滑移面上下原子之間的鍵合力無疑要大得多。金屬的理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度之間的巨大差別，為金屬的強(qiáng)化提供了可能性和必要性（見形變和斷裂）。可以認(rèn)為實(shí)測的純金屬單晶體在退火狀態(tài)下的臨界分切應(yīng)力表示了金屬的基礎(chǔ)強(qiáng)度，是材料強(qiáng)度的下限值；而估算的金屬的理論強(qiáng)度是經(jīng)過強(qiáng)化之后所能期望達(dá)到的強(qiáng)度的上限。

強(qiáng)化金屬的方法有很多，例如冷加工、淬火以及機(jī)械熱處理等；但最有效而又穩(wěn)定的方法就是合金化。因?yàn)樗藦?qiáng)化金屬以外，往往對其他性能也會有所改進(jìn)，如提高淬透性、增強(qiáng)抗氧化能力等。一般合金化后，由于改變了組織從而強(qiáng)度有所提高的強(qiáng)化稱為間接強(qiáng)化。合金化后直接提高了基體金屬強(qiáng)度的稱為直接強(qiáng)化。主要有直接強(qiáng)化中的固溶強(qiáng)化和間接強(qiáng)化中的彌散強(qiáng)化。1.1 固溶強(qiáng)化

融入固溶體中的溶質(zhì)原子造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使滑移難以進(jìn)行，從而使合金固溶體的強(qiáng)度與硬度增加。這種通過融入某種溶質(zhì)元素來形成固溶體而使金屬強(qiáng)化的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。在溶質(zhì)原子濃度適當(dāng)時(shí)，可提高材料的強(qiáng)度和硬度，而其韌性和塑性卻有所下降。

其影響因素影響因素主要有以下幾點(diǎn)：

（1）溶質(zhì)原子的原子分?jǐn)?shù)越高，強(qiáng)化作用也越大，特別是當(dāng)原子分?jǐn)?shù)很低時(shí)，強(qiáng)化作用更為顯著。

（2）溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺寸相差越大，強(qiáng)化作用也越大。（3）間隙型溶質(zhì)原子比置換原子具有較大的固溶強(qiáng)化效果，且由于間隙原子在體心立方晶體中的點(diǎn)陣畸變屬非對稱性的，故其強(qiáng)化作用大于面心立方晶體的；但間隙原子的固溶度很有限，故實(shí)際強(qiáng)化效果也有限。

（4）溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)目相差越大，固溶強(qiáng)化效果越明顯，即固溶體的屈服強(qiáng)度隨著價(jià)電子濃度的增加而提高。

固溶強(qiáng)化的程度主要取決于以下因素：

（1）原始原子和添加原子之間的尺寸差別。尺寸差別越大，原始晶體結(jié)構(gòu)受到的干擾就越大，位錯(cuò)滑移就越困難。

（2）合金元素的量。加入的合金元素越多，強(qiáng)化效果越大。如果加入過多太大或太小的原子，就會超過溶解度。這就涉及到另一種強(qiáng)化機(jī)制，分散相強(qiáng)化。

（3）間隙型溶質(zhì)原子比置換型原子具有更大的固溶強(qiáng)化效果。

（4）溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng)化作用越顯著。固溶強(qiáng)化后的金屬其屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和硬度都要強(qiáng)于純金屬。絕大部分情況下，其延展性低于純金屬。導(dǎo)電性比純金屬低很多。抗蠕變，或者在高溫下的強(qiáng)度損失，通過固溶強(qiáng)化可以得到改善。

固溶強(qiáng)化按溶質(zhì)原子在基體中的分布情況可分為均勻強(qiáng)化和非均勻強(qiáng)化。均勻強(qiáng)化是指溶質(zhì)原子混亂分布于基體中時(shí)的強(qiáng)化作用。非均勻強(qiáng)化指溶質(zhì)原子優(yōu)先分布于晶體缺陷附近、或作有序排列時(shí)的強(qiáng)化。1.1.1 均勻強(qiáng)化

如圖所示，溶質(zhì)原子混亂的分布于基體中，因?yàn)槲诲e(cuò)線具有一定的彈性，故對同一種分布狀態(tài)，由于不同溶質(zhì)原子與位錯(cuò)線的相互作用不一樣，位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)就有（a）（b）兩種，（a）為相互作用強(qiáng)時(shí)，位錯(cuò)線便感到溶質(zhì)原子密集，（b）為相互作用弱時(shí)，位錯(cuò)線便感到溶質(zhì)原子較疏。

從表面上看，因?yàn)殚g隙式溶質(zhì)原子固溶后引起的晶格畸變大，對稱性差，故應(yīng)屬于（a），置換式的固溶后引起的晶格畸變小，對稱性高，故應(yīng)屬于（b）。但事實(shí)上，間隙式溶質(zhì)原子在晶格中，一般總是優(yōu)先于缺陷先結(jié)合，所以已不屬于均勻強(qiáng)化的范疇。下面我們還會看到，在均勻強(qiáng)化中，所謂位錯(cuò)與溶質(zhì)原子相互作用強(qiáng)弱的說法是有局限性的。此外，上述均勻強(qiáng)化的機(jī)制顯然也不適用于當(dāng)溶質(zhì)原子分布的十分密集，以至使位錯(cuò)線的彈性不能發(fā)揮的地步。這時(shí)，由于位錯(cuò)線附近溶質(zhì)原子對它的作用有正有負(fù)，故平均后，其強(qiáng)化作用就為零了。

目前關(guān)于均勻強(qiáng)化有三種理論：Mott-Nabarro理論、Fleischer理論、Feltham理論。

由Mott-Nabarro理論可得

?0?G?b2c5/8(lnc)2

式中，?0——外加切應(yīng)力；

c——溶質(zhì)原子濃度；

?b——固溶原子與基體原子大小差引起的錯(cuò)配度。

上式在一般濃度范圍內(nèi)c2/3(㏑c)2可近似為1，故?0?G?bc。此即臨界切應(yīng)力與溶質(zhì)原子濃度成正比的關(guān)系。此外，直接用基體同溶質(zhì)的Goldschmidt原子直徑差△D的對數(shù)與

2d τc/dc的對數(shù)作圖，（以銅合金為例），所得結(jié)果如左圖所示。看來除Ni以外各合金元素，基本上靠近一斜率為2的直線附近。

Fleischer理論有兩個(gè)主要的特點(diǎn)，一為溶質(zhì)原子與基體原子的相互作用中，除了考慮由于大小不同所引起的畸變外，還考慮了由于“軟”“硬”不同，即彈性模量不同而產(chǎn)生的影響；另一為置換原子與位錯(cuò)的靜水張壓力的相互作用中，除了考慮純?nèi)行偷囊酝猓€考慮了純螺型的。

顯然，此圖要比前面的圖要好得多，兩者之間成很好的直線關(guān)系，其斜率也正好等于3/

2、這說明既考慮溶質(zhì)原子的大小，又考慮其“軟”“硬”的Fleischer理論是比只考慮溶質(zhì)原子大小的Mott-Nabarro理論更符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)。除此之外，F(xiàn)leischer理論還強(qiáng)調(diào)了合金強(qiáng)化中螺型位錯(cuò)的特殊作用。

Feltham理論既給出τ

0與濃度

c的關(guān)系，又給出與形變溫度T的關(guān)系。不但如此，由于激活體積是θ的函數(shù)，而θ同時(shí)又依賴于合金元素濃度和溫度。正好Basinski等人最近在20多種不同濃度二元固溶合金中，發(fā)現(xiàn)在同一溫度下，它們的激活體積與屈服應(yīng)力都落在同一曲線上。1.1.2 非均勻強(qiáng)化

首先由于合金元素與位錯(cuò)的強(qiáng)烈相互作用，使得在晶體生長過程中位錯(cuò)的密度大大提高，造成與純金屬截然不同的基本結(jié)構(gòu)。這往往成為某些合金非強(qiáng)化的部分原因。譬如，銅中加入少量的鎳，銀中加入少量的金等。

此外，就目前所知非均勻強(qiáng)化的類型大致可分為濃度梯度強(qiáng)化，Cottrell氣團(tuán)強(qiáng)化，Snoek氣團(tuán)強(qiáng)化，靜電相互作用強(qiáng)化，化學(xué)相互作用強(qiáng)化和有序強(qiáng)化等幾種。

1.1.3 多重因素強(qiáng)化 多重因素強(qiáng)化是指合金中幾種強(qiáng)化機(jī)制同時(shí)起作用的情況。以Au-Ag單晶為例，計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)T=600K時(shí)，發(fā)現(xiàn)所得化學(xué)相互作用強(qiáng)化和短程有序強(qiáng)化對合金強(qiáng)化的貢獻(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合的很好。表明Au-Ag合金單晶的強(qiáng)化機(jī)制為在均勻強(qiáng)化的基礎(chǔ)上疊加了化學(xué)相互作用強(qiáng)化和短程有序強(qiáng)化。并且看到在低濃度時(shí)，前者起主要作用，在高濃度時(shí)，后者起主要作用。類似的多重因素強(qiáng)化作用在Cu-Au固溶體中也存在。1.1.4 固溶合金臨界切應(yīng)力與溫度的關(guān)系

我們得到固溶合金的臨界切應(yīng)力與溫度存在著如圖所示的關(guān)系，可以看出，在A區(qū)低溫部分有著明顯的應(yīng)力下降，并且此下降梯度對間隙式固溶體更為突出；B區(qū)中溫部分出現(xiàn)一“平臺”；C區(qū)高溫部分應(yīng)力又出現(xiàn)第二次下降。

關(guān)于此三區(qū)對應(yīng)的機(jī)制，一般認(rèn)為，低溫區(qū)主要是Cottrell氣團(tuán)的貢獻(xiàn)，在中溫區(qū)主要是短程有序和Suzuki氣團(tuán)的強(qiáng)化作用，當(dāng)溫度接近高溫區(qū)時(shí)，由于被破壞的溶質(zhì)原子的平衡分布得以立即恢復(fù)，切應(yīng)力有所降低，或者甚至變得比初始狀態(tài)更為穩(wěn)定，這時(shí)為進(jìn)一步形變，切應(yīng)力應(yīng)有某些提高，從而上述平衡狀態(tài)被重新破壞，如此反復(fù)就得到跳躍式流變。1.2 彌散強(qiáng)化

彌散強(qiáng)化在實(shí)際強(qiáng)化金屬時(shí)是被廣為應(yīng)用的一種方法，它的特點(diǎn)在于不但效率高，而且熱穩(wěn)定性較好。獲得這種強(qiáng)化的方法有很多，譬如相分解、時(shí)效、內(nèi)氧化和粉末冶金等。

為了獲得更普遍的意義，我們將彌散強(qiáng)化基本上分為兩類，一為彌散相產(chǎn)生形變的，簡稱為第一類；另一類為彌散相不行變的，簡稱為第二類。一般共格的彌散相屬于前者；部分共格和非共格的彌散相屬于后者。但彌散相究竟形變與否顯然和它的大小、形狀以及試樣的形變條件等都有關(guān)。1.2.1 彌散強(qiáng)化的機(jī)理

彌散強(qiáng)化機(jī)構(gòu)的代表理論是位錯(cuò)理論。在彌散強(qiáng)化材料中，彌散相是位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)的障礙，位錯(cuò)線需要較大的應(yīng)力才能克服障礙向前移動(dòng)，所以彌散強(qiáng)化材料的強(qiáng)度高。位錯(cuò)理論有多種模型用以討論屈服強(qiáng)度、硬化和蠕變。1.2.1.1屈服強(qiáng)度問題（1）奧羅萬機(jī)構(gòu)

按照這個(gè)機(jī)構(gòu)，位錯(cuò)線不能直接超過第二相粒子，但在外力下位錯(cuò)線可以環(huán)繞第二相粒子發(fā)生彎曲，最后在第二相粒子周圍留下一個(gè)位錯(cuò)環(huán)而讓位錯(cuò)通過。位錯(cuò)線的彎曲將會增加位錯(cuò)影響區(qū)的晶格畸變能，這就增加了位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)的阻力，使滑移抗力增大。（2）安塞爾—勒尼爾機(jī)構(gòu)

安塞爾等人對彌散強(qiáng)化合金的屈服提出了另一個(gè)位錯(cuò)模型。他們把由于位錯(cuò)塞積引起的彌散第二相粒子斷裂作為屈服的判據(jù)。當(dāng)粒子上的切應(yīng)力等于彌散粒子的斷裂應(yīng)力時(shí)，彌散強(qiáng)化合金便屈服。

G?b?G? 屈服應(yīng)力?2?C式中 G?—第二相粒子的切變模量；

C—比例常數(shù)，可以通過理論計(jì)算，通常約為30； ?—彌散粒子間距；

G—基體金屬的切變模量；

b—柏矢矢量。從該方程式可以得出：

（1）屈服應(yīng)力與基體和彌散相的切變模量的平方根的積成正比，也就是說與基體和彌散相的本性有關(guān)；

（2）屈服應(yīng)力與粒子間距的平方根成反比。

（3）柏氏矢量是位錯(cuò)的重要因素，屈服強(qiáng)度的大小直接與位錯(cuò)有關(guān)。1.2.1.2 蠕變問題

金屬在恒定應(yīng)力下，除瞬時(shí)形變外還要發(fā)生緩慢而持續(xù)的形變，稱為蠕變。對于蠕變，彌散粒子的強(qiáng)化有兩種情況。

（1）彌散相是位錯(cuò)的障礙，位錯(cuò)必須通過攀移始能越過障礙

顯然，位錯(cuò)掃過一定面積所需的時(shí)間比純金屬要長，因而蠕變速率降低。設(shè)粒子直徑為d，粒子間距為?，因每次攀移時(shí)間正比于d，攀移次數(shù)反比于?，因而蠕變速率與?d成正比。若第二相總量不變，粒子長大總伴隨著粒子間距的增大，d和?是按近比例增長的，因此，在過時(shí)效以前，蠕變速率不受粒子長大的影響。

（2）第二相粒子沉淀在位錯(cuò)上阻礙位錯(cuò)的滑移和攀移

這種具有彌散相的合金的抗蠕受能力與抗回復(fù)能力有對應(yīng)關(guān)系。普悅斯頓(O．Preston)等人研究內(nèi)氧化法彌散強(qiáng)化銅時(shí)，形變燒結(jié)銅合金的回復(fù)溫度幾乎接近熔點(diǎn)，而形變純銅的軟化在低于T熔點(diǎn)的溫度即已完成。麥克林(D．McLean)認(rèn)為滑移可以在幾個(gè)面和幾個(gè)方向上進(jìn)行。實(shí)線代表滑到紙面上的位錯(cuò)，虛線代表運(yùn)動(dòng)出紙面的位錯(cuò)，在粒子之間兩組可以相交而形成結(jié)點(diǎn)。點(diǎn)線表示在第三種平面上的位錯(cuò)又可與這兩組位錯(cuò)形成結(jié)點(diǎn)，結(jié)果彌散粒子被這些位錯(cuò)亂網(wǎng)所聯(lián)結(jié)。由于亂網(wǎng)中位錯(cuò)密度很高，造成強(qiáng)烈的應(yīng)變硬化；同時(shí)，粒子又阻礙這些位錯(cuò)的滑移與攀移，因而得以保持這種硬化狀態(tài)而不產(chǎn)生回復(fù)。這一過程是提高耐熱強(qiáng)度的關(guān)鍵，因?yàn)橐话慵庸び不癄顟B(tài)是容易獲得的，但要保持到高溫不回復(fù)則是不容易的。1.2.2 彌散強(qiáng)化材料的性能

彌散相除A12O 3外，發(fā)展了以下化合物：

氧化物：A12O3、ThO2、MgO、SiO2、BeO、CdO、Cr2O3、TiO2、ZrO2以及Y2O3和瀾系稀土氧化物；

金屬間化合物：Ni3A1、Fe 3AI等；

碳化物、硼化物、硅化物、氮化物：WC、Mo2C、TiC、TaC、Cr3C2、B4C、SiC、TiB2、Ni2B、MoSi2、Mg2Si、TiN、BN等。

在應(yīng)用上取得一定效果的有TD-Ni及彌散強(qiáng)化無氧銅。

彌散強(qiáng)化材料固有的低延性，需要予以重視和研究改進(jìn)，但彌散強(qiáng)化材料在性能上的優(yōu)越性還是主要的。

其主要性能有：（1）再結(jié)晶溫度高，組織穩(wěn)定。（2）屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高。（3）隨溫度提高硬度下降得少。（4）高溫蠕變性能好。（5）高的傳導(dǎo)性。（6）疲勞強(qiáng)度高。

第二章 屈服現(xiàn)象

人們習(xí)慣用屈服應(yīng)力來表征金屬強(qiáng)度的一個(gè)參量，并認(rèn)為它代表范性形變所需的起始應(yīng)力。事實(shí)上，我們知道金屬從彈性形變過渡到范性形變時(shí)，中間經(jīng)過了比較復(fù)雜的過程。如圖繪出了常見拉伸曲線中的典型屈服現(xiàn)象。其中（a）稱為連續(xù)過渡，不出現(xiàn)突然屈服的現(xiàn)象；（b）和（c）是出現(xiàn)突然屈服的現(xiàn)象，而前者為非均勻屈服，后者則為均勻屈服。

以前人們所謂的屈服應(yīng)力是對連續(xù)過渡而言，一般指的是上圖（a）中的σy或其他認(rèn)為的標(biāo)準(zhǔn)，對有突然屈服的現(xiàn)象而言（如上圖中的（b）和（c）中標(biāo)出），σU為上屈服應(yīng)力，σL為下屈服應(yīng)力。在非均勻屈服情況下，拉伸曲線中的平直部分，我們稱之為Luders應(yīng)變或屈服平臺。

屈服問題的本身，除了由于它對金屬由彈性形變過渡到范性形變這一質(zhì)變的純理論性質(zhì)以外，在實(shí)際強(qiáng)度問題中，與其他現(xiàn)象的聯(lián)系也是十分密切的。大量事實(shí)證明起始范性形變甚至與試樣最后斷裂間都存在著緊密的聯(lián)系。2.1 非均勻屈服

這一現(xiàn)象最早是在ɑ-鐵多晶中發(fā)現(xiàn)的，并且Low和Gensamer證明，經(jīng)濕氫脫碳、氮的試樣，室溫拉伸時(shí)沒有屈服現(xiàn)象，滲碳和滲氮之后才有此現(xiàn)象。

目前對于非均勻強(qiáng)化，比較全面的解釋是Cottrell提出的理論。當(dāng)外應(yīng)力未達(dá)到σv之前，已有一些被釘扎的F-R源由于局部應(yīng)力集中的關(guān)系而被激活，從而產(chǎn)生一定數(shù)量的位錯(cuò)，但由于晶界的阻礙作用而使這些位錯(cuò)不能跑出晶粒以外，故都沿它們自己的滑移面塞積在晶界前。這樣，在相鄰下一晶粒內(nèi)距上述位錯(cuò)塞積群的頭部逐產(chǎn)生一較大的應(yīng)力。2.2 均勻屈服

均勻屈服在ɑ-Fe單晶中是常見的，即使經(jīng)脫碳、氮，只要形變溫度夠低也能出現(xiàn)。在多晶中，經(jīng)脫碳、氮后，試樣的屈服也能由非均勻的變成均勻的。

均勻屈服的現(xiàn)象雖早已發(fā)現(xiàn)，但其物理實(shí)質(zhì)還是Gilman和Johnston在Lif的研究中闡明的，他們認(rèn)為均勻屈服與位錯(cuò)隨形變的快速增值與位錯(cuò)滑移速度-應(yīng)力的關(guān)系這兩個(gè)因素有關(guān)。試樣中起始的可動(dòng)位錯(cuò)越小，m值越小，則屈服應(yīng)力下降越明顯。并且這種屈服機(jī)制不涉及需要某種外來原因造成的位錯(cuò)扎釘或塞積，而僅同材料本身的位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)有關(guān)，所以非均勻屈服又稱靜態(tài)屈服，而均勻屈服就稱動(dòng)態(tài)屈服。2.3 遲屈服現(xiàn)象

所謂遲屈服現(xiàn)象，就是指快速加載超過靜態(tài)上屈服應(yīng)力時(shí)，試樣并不立即屈服而要延遲一段時(shí)間，此段時(shí)間便稱為屈服時(shí)間，此現(xiàn)象便稱為屈服現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在很多體心立方金屬中都發(fā)現(xiàn)。

盡管很多人提出了很多假設(shè)、公式和模型，但是遲屈服現(xiàn)象的微觀機(jī)制到現(xiàn)在還不是很清楚。2.4 Hall-Petch公式

???0?kd?n

式中，?——晶格摩擦力；

d——晶粒直徑；

k——常數(shù)。

根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)指數(shù)n以選取1/2為最合適，對于亞晶粒n取1。此Hall-Petch公式不僅適用于上、下屈服應(yīng)力，同時(shí)也適用于整個(gè)流變范圍以至斷裂。此時(shí)常數(shù)σi 和k有所不同。

Hall-Petch公式雖是一相當(dāng)可靠的經(jīng)驗(yàn)公式，但是要想利用它得出屈服、流變或斷裂的微觀結(jié)論時(shí)，則需要特別謹(jǐn)慎。2.4.1 ?i和k與各因素的關(guān)系

晶格摩擦力σ

固溶iL應(yīng)包括與溫度有關(guān)的一項(xiàng)σiL(T)和與結(jié)構(gòu)(指位錯(cuò)狀態(tài)、元素和沉淀相等)有關(guān)的一項(xiàng)σiL(st)，因?yàn)槿我粭l直線外推到碳、氮含量為零時(shí)的值就是σiL(T)。σiL的其余部分即為σiL(st)。

iU和σiL基本上相σi與形變度的關(guān)系比較明確，除對應(yīng)上、下屈服應(yīng)力的σ同外, σi在所有實(shí)驗(yàn)中都隨硬化而增加。但κ與形變度的關(guān)系的看法就比較分歧。一般說來，同樣的碳、氮總含量，不同熱處理或不同碳、氮總含量的試樣，其所得的σi是不一樣的，因?yàn)樗鼈冎苯佑绊懄襥(st)。2.4.2 各種因素對屈服應(yīng)力的影響

上屈服應(yīng)力對應(yīng)力集中非常敏感，因此，要想得到真正的上屈服應(yīng)力必須最大限度的消除應(yīng)力集中。下屈服應(yīng)力對其也有影響，只不過沒有上屈服應(yīng)力那么嚴(yán)重。

一般形變溫度對α-鐵屈服應(yīng)力的影響可分為三個(gè)區(qū)域即低溫(室溫以下)，中溫(室溫到200℃)和高溫(200 ℃以上)Winlock在不同含碳量（0.06%-1.03％)的碳鋼室溫拉伸結(jié)果指出，隨形變速度的增加σU和σL都增加，并與碳含量無關(guān)，不過σU增加稍快些。

有很多工作一再證明，晶粒直徑越小，Δσ就越大。2.5 屈服機(jī)制

Cottrell對非均勻屈服機(jī)制作如下解釋：首先他強(qiáng)調(diào)位錯(cuò)被釘扎有強(qiáng)弱兩種之分，并且試樣中局部的應(yīng)力集中還是比較大的，譬如存在微觀第二相以及滑移帶的尖端等。當(dāng)位錯(cuò)被釘扎得很牢時(shí)，也就是所謂的強(qiáng)釘扎時(shí)，可能在起錨前離應(yīng)力集中更近的完整晶體處先產(chǎn)生了位錯(cuò)，于是所謂的Petch斜率κ就與形變溫度無關(guān)；當(dāng)位錯(cuò)被釘扎得不是很牢，也就是所謂的弱釘扎時(shí)，那么在同樣的應(yīng)力集中之下，可能被釘扎的位錯(cuò)先于在完整部分產(chǎn)生位錯(cuò)而起錨，這樣κ值就與形變溫度有關(guān)了。

Petch從晶格摩擦力σi進(jìn)行闡述，得到上屈服應(yīng)力的公式：

?U??iU???ilog101?kd?1/2 3Nd式中，N——上屈服時(shí)單位體積中形變晶粒數(shù)；

d——晶粒直徑；

?iU——晶格摩擦力；

??i——形變速度增加10倍時(shí)?i的增量。

對于非均勻屈服而言，原則上只要能使位錯(cuò)開始運(yùn)動(dòng)難于保持其運(yùn)動(dòng)就行，也就是承認(rèn)非均勻屈服現(xiàn)象同金屬中存在某種對起始滑移的障礙相聯(lián)系。就均勻屈服而言，也只要可動(dòng)位錯(cuò)密度和位錯(cuò)速度—應(yīng)力指數(shù)足夠小即可。但事實(shí)上，上述條件能否滿足卻因結(jié)構(gòu)的不同而會有所不同。

屈服過程中的晶格摩擦力有派-納力即晶格摩擦力中與溫度有關(guān)的部分，螺旋位錯(cuò)上的割階即晶格摩擦力來自螺型位錯(cuò)上的割階，固溶原子氣團(tuán)，微觀第二相，交滑移。

第三章 疲勞現(xiàn)象

在生產(chǎn)實(shí)踐中，人們很早就發(fā)現(xiàn)，雖然加在機(jī)械部件上的應(yīng)力遠(yuǎn)小于其斷裂強(qiáng)度(甚至比屈服強(qiáng)度還低)時(shí)，但經(jīng)多次循環(huán)后，此機(jī)械部件常常也會驟然斷裂。這種金屬在循環(huán)應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象就稱為疲勞。

疲勞按應(yīng)力狀態(tài)可分為彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞及復(fù)合疲勞。按環(huán)境和接觸情況可分為大氣疲勞、腐蝕疲勞、熱疲勞、接觸疲勞。按斷裂壽命和應(yīng)力高低可分為高周疲勞（低應(yīng)力疲勞，105次以上循環(huán)）、低周疲勞（高應(yīng)力疲勞，102~105次循環(huán)之間）。3.1 金屬疲勞斷裂過程

盡管疲勞失效的最終結(jié)果是部件的突然斷裂，但實(shí)際上它們是一個(gè)逐漸失效的過程，從開始出現(xiàn)裂紋到最后破壞斷裂需要經(jīng)過很長的時(shí)間。因此，疲勞斷裂的宏觀斷口一般由三個(gè)區(qū)域組成，即疲勞裂紋產(chǎn)生區(qū)（裂紋源）、裂紋擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)。

金屬疲勞裂紋大多產(chǎn)生于零件或構(gòu)件表面的薄弱區(qū)。由于材料質(zhì)量、加工缺陷或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)仍颍诹慵蛟嚰木植繀^(qū)域造成應(yīng)力集中，這些區(qū)域偏是疲勞裂紋核心產(chǎn)生的策源地。

疲勞裂紋產(chǎn)生后在交變應(yīng)力作用下，繼續(xù)擴(kuò)展長大，每一次的應(yīng)力循環(huán)都會使裂紋擴(kuò)大，在疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)留下一條條的向心弧線，叫做前沿線或疲勞線，這些弧線形成像“貝殼”一樣的花紋，所以又叫做貝殼線或海灘線。

在最后斷裂區(qū)，由于疲勞裂紋不斷擴(kuò)展，零件或試樣的有效斷面積逐漸減小，因此應(yīng)力不斷增加，當(dāng)應(yīng)力超過材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)，則發(fā)生斷裂，形成最后斷裂區(qū)。3.2 疲勞極限

當(dāng)應(yīng)力低于某值時(shí)，材料經(jīng)受無限次循環(huán)應(yīng)力也不發(fā)生疲勞斷裂，此應(yīng)力值即為材料的疲勞極限。

對金屬疲勞壽命的估算可以有三種方法：應(yīng)力-壽命法，即S-N法；應(yīng)變-壽命法，即??N法；斷裂力學(xué)方法。

S-N法主要要求零件有無限壽命或壽命很長，因而應(yīng)用在零件受較低應(yīng)力幅的情況下，零件的破斷周次很高，一般大于105周次，亦即所謂高周疲勞。一般的機(jī)械零件如傳動(dòng)軸、汽車彈簧和齒輪都是屬于此種類型。對于這類零件是以S-N曲線獲得的疲勞極限為基準(zhǔn)，在考慮零件的尺寸影響，表面質(zhì)量的影響等，加一安全系數(shù)，便可確定許用應(yīng)力。

實(shí)驗(yàn)證明，金屬材料所受循環(huán)應(yīng)力的最大值?max越大，則疲勞斷裂前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)周次越低，反之越高。根據(jù)循環(huán)應(yīng)力?max和應(yīng)力循環(huán)周次N建立S-N曲線。

3.3 疲勞硬化三階段

Haigh最早根據(jù)疲勞過程中的發(fā)熱現(xiàn)象，將整個(gè)疲勞過程分成三個(gè)階段。一般來說當(dāng)外加應(yīng)力小于試樣的疲勞極限時(shí)，開始發(fā)熱速度很大，隨后很快降到一定值。若外加應(yīng)力大于試樣的疲勞極限時(shí)，則發(fā)熱速度隨著開始的升高而很快下降到某一定值，然后又逐漸升高，到斷裂前，其升高速度便陡增，出現(xiàn)明顯的三個(gè)階段。

第一階段實(shí)際上是指開始循環(huán)頭數(shù)千周時(shí)的起始硬化階段，也有稱為“熱脈沖”的。這種起始硬化，對于確定退火金屬在試驗(yàn)的其余期間的狀態(tài)極為重要；第二階段中，硬化和發(fā)熱速度都先降到一較穩(wěn)定值，隨著應(yīng)力的增加，硬化和發(fā)熱速度又逐漸增加；第三階段硬化和發(fā)熱速度都增加很快，相當(dāng)于疲勞斷裂過程。

總的來講，疲勞過程所引起的變化，其效果與淬火或輻照的作用很相似，能產(chǎn)生較多的點(diǎn)缺陷、割階甚至蜷線位錯(cuò)。唯一不同之處在于它們只限于局部地區(qū)，尤其在相同負(fù)載下，表面對疲勞形變的影響比單向形變的敏感。疲勞硬化一般比單向的也大，與溫度的依賴關(guān)系密切，熱穩(wěn)定性也較高。3.4 疲勞過程中組織結(jié)構(gòu)的變化

疲勞與單向拉伸形變靜態(tài)硬化曲線的特點(diǎn)大致相同，但其組織結(jié)構(gòu)的變化卻相差很遠(yuǎn)。（1）滑移帶的特點(diǎn)

Ewing和Hamphrey最早用退火純鐵作轉(zhuǎn)動(dòng)彎曲疲勞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力在屈服點(diǎn)以下時(shí)，經(jīng)過幾千次循環(huán)后，試樣中少數(shù)晶粒內(nèi)就出現(xiàn)細(xì)滑移線。隨著循環(huán)次數(shù)的增多就有更多的滑移線產(chǎn)生，原有滑移線的滑移量也加大。特別是那些新產(chǎn)生的滑移線，多數(shù)處在原有滑移線的附近，形成滑核帶。帶與帶間看不到滑移線，故其分布較靜拉伸時(shí)顯得更不均勻。交變應(yīng)力越大，沿移帶就越多，滑移帶的長度和深度也越大。（2）擠出和侵入

擠出和侵入現(xiàn)象已是疲勞形變中的一個(gè)普遍現(xiàn)象，不過在純金屬和穩(wěn)定合金中，其高度較低，約為1-2微米。擠出和侵入的現(xiàn)象與金屬層錯(cuò)能的關(guān)系也是很特殊的，不像硬化與層錯(cuò)能成正比，而是層錯(cuò)能越低越容易出現(xiàn)擠出和侵入，譬如很多鋁合金和銅合金的擠出和侵入都較純鋁和純銅的明顯，這樣擠出和侵入的形成機(jī)制好像與交滑移無關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明擠出扣侵入的出現(xiàn)可能與第二滑移系統(tǒng)的參與有關(guān)。

（3）疲勞后的位錯(cuò)狀態(tài)

疲勞形變后的位錯(cuò)狀態(tài)與疲勞應(yīng)力的關(guān)系很大。以鋁為例，Segall等人和Snowden的工作指出，一般高應(yīng)力下的疲勞結(jié)果和單向形變的差不多，都為不同形式的位錯(cuò)胞。但低應(yīng)力下疲勞時(shí)，卻出現(xiàn)平行﹤112﹥方向的長位錯(cuò)環(huán)，位錯(cuò)上割階密度也較大，以至出現(xiàn)蜷線位錯(cuò)，類似淬火處理。加入合金元素后(譬如A1-3％Mg合金)，更有利于位錯(cuò)偶束的出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)指出應(yīng)變振幅的大小直接關(guān)系到疲勞試樣中的位錯(cuò)狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變振幅夠大時(shí)，在1/4循環(huán)后就可得到位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)。

3.5 疲勞與蠕變的交互作用 至今我們討論疲勞或蠕變都是分開來研究的，但在實(shí)際情況中，它們往往總是共存的。因此有必要研究疲勞與蠕變的交互作用，可惜有關(guān)這方面的系統(tǒng)工作還不多，目前這方面的研究多數(shù)采用單向循環(huán)應(yīng)力產(chǎn)生的疲勞蠕變和用顛值應(yīng)力產(chǎn)生的一般蠕變的方法來進(jìn)行，并稱前者為動(dòng)態(tài)蠕變，后者為靜態(tài)蠕變。

借用Miner-Robinson指出的累積損傷法則，如累積是線性的，該法則建立在蠕變損傷分?jǐn)?shù)υα和疲勞損傷分?jǐn)?shù)υf之和等于1的假定上，如果累積是非線性的，則應(yīng)加入交互作用項(xiàng) ：

?a?B(?a??f)1/2??f?1

式中，蠕變損傷分?jǐn)?shù)：?a??i?1N?ti

tr疲勞損傷分?jǐn)?shù)：?f??i?1NNi NfΔti——在最大拉伸負(fù)載下停留的時(shí)間； tr——純?nèi)渥償嗔褧r(shí)間；

Ni——為疲勞蠕變試驗(yàn)斷裂的總循環(huán)次數(shù)； Nf——為純疲勞斷裂的循環(huán)次數(shù)； B——交互作用系數(shù)。

當(dāng)B＝0時(shí)表明無疲勞蠕變交互作用；

當(dāng)B＞0時(shí)為正交互作用，即斷裂壽命比線性法則預(yù)期的要低； 當(dāng)B＜0時(shí)為負(fù)交互作用，即斷裂壽命比線性法則預(yù)期的要高。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以求出交互作用系數(shù)B，然后再把試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入上式，便可估算零件的使用壽命。3.6 影響疲勞的因素

由于至今對金屬疲勞的形變機(jī)制還不是很清楚，所以我們更應(yīng)該注意各種因素對疲勞的影響，以弄清它的實(shí)質(zhì)。此外，從應(yīng)用的角度出發(fā)，研究一些因素對疲勞的影響也是完全有必要的。

影響疲勞的因素主要有：疲勞振幅，負(fù)荷系統(tǒng)，應(yīng)力集中，溫度，頻率，試樣大小及形狀，試樣表面，介質(zhì)，組織結(jié)構(gòu)。3.7 熱疲勞

熱疲勞就其字面上來說，應(yīng)解釋成是由于溫度起伏而引起的熱應(yīng)力所產(chǎn)生的疲勞現(xiàn)象。不過就純金屬而言，熱疲勞實(shí)質(zhì)上是來自晶體各向異性所導(dǎo)致的熱應(yīng)力的作用，這一點(diǎn)在Boas和Honeycombe早期工作中已得到證實(shí)。如果試樣本身存在著溫度梯度(譬如表面與內(nèi)部溫度差別很大)，當(dāng)然也能產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力以至出現(xiàn)局部范性形變。如果溫度變化又足夠快，幅度又足夠大，很明顯表層膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力超過其斷裂強(qiáng)度后也會出現(xiàn)裂紋。

金屬對熱疲勞的阻力，不但與熱傳導(dǎo)、比熱等熱學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而且還與彈性常數(shù)、屈服強(qiáng)度等力學(xué)性質(zhì)以及密度、幾何因素等有關(guān)。所以一般脆性材料導(dǎo)熱性差，熱應(yīng)力又不能得到足夠的范性松弛，故熱疲勞致裂的危險(xiǎn)最大。

第二篇：彈性力學(xué)讀書報(bào)告

一 彈性力學(xué)的作用

1.彈性力學(xué)與材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的綜合應(yīng)用，推動(dòng)了工程問題的解決。彈性力學(xué)又稱為彈性理論，是指被研究的彈性體由于受外力作用或由于溫度改變等原因而發(fā)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移。

彈性力學(xué)的任務(wù)與材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)一樣，是分析各種結(jié)構(gòu)物或其構(gòu)件在彈性階段的應(yīng)力和位移，校核它們是否具有所需的強(qiáng)度和剛度，并尋求或改進(jìn)它們的計(jì)算方法。然而，這三門學(xué)科的研究對象上有所分工，研究方法也有所不同。

彈性力學(xué)具體的研究對象主要為梁、柱、壩體、無限彈性體等實(shí)體結(jié)構(gòu)以及板、殼等受力體。在材料力學(xué)課程中，基本上只研究所謂桿狀構(gòu)件，也就是長度遠(yuǎn)大于高度和寬度的構(gòu)件。這種構(gòu)件在拉壓、剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)作用下的應(yīng)力和位移，是材料力學(xué)的主要研究內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中，主要是在材料力學(xué)的基礎(chǔ)上研究桿狀構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)，也就是所謂桿件系統(tǒng)，例如桁架、剛架等。至于非桿狀的結(jié)構(gòu)，例如板和殼以及擋土墻、堤壩、地基等實(shí)體結(jié)構(gòu)，則在彈性力學(xué)課程中加以研究。如果要對于桿狀構(gòu)件進(jìn)行深入的、較精確的分析，也必須用到彈性力學(xué)的知識。

雖然在材料力學(xué)和彈性力學(xué)課程中都研究桿狀構(gòu)件，然而研究的方法卻不完全相同。在材料力學(xué)中研究桿狀構(gòu)件、除從靜力學(xué)、幾何學(xué)、物理學(xué)三方面進(jìn)行分析以外，大都還要引用一些關(guān)于構(gòu)件的形變狀態(tài)或應(yīng)力分布的假設(shè)，這就大大簡化了數(shù)學(xué)推演，但是，得出的解答有時(shí)只是近似的。在彈性力學(xué)中研究桿狀構(gòu)件，一般都不必引用那些假定，因而得出的結(jié)果就比較精確，并且可以用來校核材料力學(xué)中得出的近似解答。

雖然，彈性力學(xué)中通常是不研究桿件系統(tǒng)的，然而近幾十年來，不少人曾經(jīng)致力于彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的綜合應(yīng)用，使得這兩門學(xué)科越來越密切地結(jié)合。彈性力學(xué)吸收了結(jié)構(gòu)力學(xué)中超靜定結(jié)構(gòu)分析方法后，大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍，使得某些比較復(fù)雜的本來無法求解的問題，得到了解答。這些解答雖然在理論上具有一定的近似性，但應(yīng)用在工程上，通常是足夠精確的。在近二十幾年間發(fā)展起來的有限元法，把連續(xù)彈性體劃分成有限個(gè)有限大小的單元，然后，用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的位移法、力法或混合法求解，更加顯示了彈性力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)綜合應(yīng)用的良好效果。

此外，對同一結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件，甚至對同一構(gòu)件的不同部分，分別用彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)或材料力學(xué)進(jìn)行計(jì)算，常常可以節(jié)省很多的工作量，并且能得到令人滿意的結(jié)果。

總之，材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)這三門學(xué)科之間的界限不是很明顯，更不是一成不變的。我們不應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)它們之間的區(qū)別，而應(yīng)當(dāng)更多地發(fā)揮它們綜合應(yīng)用的威力，才能使它們更好地為我國的社會主義建設(shè)事業(yè)服務(wù)。

2.彈性力學(xué)在工程上的應(yīng)用越來越深入，越來越廣泛。

在工程中出現(xiàn)的問題習(xí)慣上有如下的一些提法，如強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、應(yīng)力集中，波的傳播、振動(dòng)、響應(yīng)、熱應(yīng)力等問題，這些都是彈性力學(xué)應(yīng)用研究的對象。強(qiáng)度問題是研究受載荷物體中的應(yīng)力分布和應(yīng)力水平，研究在怎樣的載荷下不發(fā)生永久變形。剛度問題是研究受載荷物體在怎樣的載荷下應(yīng)變或位移達(dá)到規(guī)定允許的限度。穩(wěn)定性問題是研究彈性結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)元件在靜力或動(dòng)力平衡時(shí)發(fā)生不穩(wěn)定情況的條件。應(yīng)力集中問題是研究當(dāng)物體中有孔口或缺口存在時(shí)，在其附近發(fā)生應(yīng)力增高現(xiàn)象。彈性動(dòng)力學(xué)有波的傳播、振動(dòng)和響應(yīng)等問題，由于考察的物體大小、形狀，邊界條件及其固有性質(zhì)不同，以及所考察問題的外載荷和時(shí)間段的不同，故有上述問題的提法和分類，但本質(zhì)上都和波的傳播有關(guān)。在近代航天、航空、航海、海洋、機(jī)械、土木、化工等工程領(lǐng)域中不斷地提出上述各種問題需要解決，在設(shè)計(jì)時(shí)要求高度的準(zhǔn)確性，這都離不開彈性力學(xué)的應(yīng)用，也在促進(jìn)彈性力學(xué)的發(fā)展。

3.彈性力學(xué)的基礎(chǔ)知識是正確利用有限元的基礎(chǔ)。

目前，有限單元法已經(jīng)在航空、造船、機(jī)械、冶金、建筑等工程部門廣泛應(yīng)用，并取得顯著效果，它是一種行之有效的偏微分方程數(shù)值解的計(jì)算方法。現(xiàn)在各行各業(yè)都已經(jīng)擁有了一定數(shù)量的商業(yè)有限元程序。如何使這些程序?yàn)楦嗟娜苏莆蘸蛻?yīng)用，極大限度地發(fā)揮和應(yīng)用這些程序解決工程問題，是非常重要的。但是有限元商業(yè)程序不是一個(gè)“傻瓜”式的應(yīng)用程序，它是基于一定的基礎(chǔ)理論知識，如用有限元求解結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變問題就是基于彈性力學(xué)的知識建立起來的，對彈性力學(xué)知識的掌握和理解程度直接關(guān)系到有限元程序應(yīng)用的效果。

二．彈性力學(xué)在常用坐標(biāo)系下的基本方程

歸納從靜力平衡，變形幾何，應(yīng)力應(yīng)變?nèi)齻€(gè)方面的條件求得的基本方程有：

2.1直角坐標(biāo)系中的基本方程： 2.1.1平衡微分方程：

其中，作用于物體體積上的應(yīng)力為： A={，，，}，作用于微元體上的體力三個(gè)分量為：。

本式表示了應(yīng)力分量與體力分量之間的關(guān)系，稱為平衡微分方程，又成納維葉（Navier）方程。2.1.2幾何方程： 其中，，，，為6個(gè)應(yīng)變分量；

，為3個(gè)位移分量。

2.1.3物理方程：

，以上公式就是各向同性材料的廣義Hooke定律，表示了線性彈性應(yīng)力與應(yīng)變間的關(guān)系。

為橫向變形系數(shù)（泊松比），E為拉壓彈性模量，為剪切彈性模量，且。

2.2極坐標(biāo)系中的基本方程： 2.2.1平衡微分方程：

圖中所示即為極坐標(biāo)系下扇形微單元體PACB的應(yīng)力及應(yīng)變分析，得到以下的平衡微分方程：

2.2.2幾何方程：

在極坐標(biāo)系中，通過對物體內(nèi)一點(diǎn)P的兩個(gè)正交線元（PA=dr,PB=）的變形幾何分析，得到相應(yīng)的幾何方程。用

和分別表示線元PA和PB的相對伸長，即正向和切向正應(yīng)變，用表示該兩個(gè)正交線元直角的變化，即剪應(yīng)變。用，分別表示P點(diǎn)的徑向和環(huán)向位移。它的平面問題幾何方程如下：

2.2.3本構(gòu)方程: 只需將直角坐標(biāo)系下本構(gòu)方程的x,y用r, 替換即可得到極坐標(biāo)系的本構(gòu)方程，如下：

2.2.4邊界條件：

力的邊界條件：這里的外法向方向余弦（l，m）是對局部標(biāo)架定義的，沿著r和方向的給定面力分量。

位移邊界條件：

表示。

三．彈性力學(xué)解題的主要方法

3.1位移解法

以位移作為基本未知量，將基本方程化為用位移表示的控制方程，邊界條件也化為用位移表示；在給定的邊界條件下求解控制方程，從而求得位移解，然后將位移代入幾何方程求導(dǎo)得到應(yīng)變，再將應(yīng)變代入本構(gòu)方程得到應(yīng)力解。此法的關(guān)鍵在于導(dǎo)出位移表示的控制方程，其方程如下：

通常稱為拉姆（Lame）方程,即位移法求解的控制方程。

位移邊界條件：。

3.2應(yīng)力解法

以應(yīng)力為基本未知量，將基本方程化為用應(yīng)力表示的控制方程，邊界條件也用應(yīng)力表示，在給定的邊界條件下求解控制方程得到應(yīng)力解，將應(yīng)力解代入本構(gòu)方程得到應(yīng)變解，再運(yùn)用幾何方程積分可以求得位移解。應(yīng)力法的控制方程如下：

（1）平衡方程

（2）相容方程

應(yīng)力法的邊界條件如下：

由上面的公式可以看出：如果問題是常體力，單連通，應(yīng)力邊值問題，由于在控制方程和邊界條件中都不含材料常數(shù)，因此應(yīng)力解與材料無關(guān)。

四．例題

4.1如圖所示單位厚度平板，兩端受均布壓力P作用下，上，下邊界剛性約束，不考慮摩擦，不計(jì)體力，用位移法求解板的應(yīng)力和位移。

解：由對稱性及上，下邊界的剛性約束條件可設(shè)： u=u(x),v=0（a）

代入拉姆方程式，第2式稱為恒等式，第1式成為

（b）

解之得: u=ax+b(c)位移邊界條件：由對稱性

已自動(dòng)滿足。

（d）

將（c）式代入（d）式得： b=0 從而有 u=ax(e)待定系數(shù)a可以由位移表示的應(yīng)力邊界條件確定，為此將(e)式代入邊界條件式得： 右邊界：

第二個(gè)方程式為恒等式。

左邊界結(jié)果相同。上，下邊界，(f)，代入(f)式的第1式得

(g)，第一個(gè)方程式為恒等式；因?yàn)閥方向已提位移邊界條件，故第二個(gè)方程不能作為邊界條件引入。

將(g)式代回（e）式得位移

再將（h）式及v=0代入以下方程：

（h）

得到應(yīng)力分量：4.2 用應(yīng)力法求解例4.1給出問題的應(yīng)力和位移。

解：根據(jù)邊界上的受力情況，我們試取。

（a）

顯然，對于解(a)式，（1）已滿足左右兩側(cè)的邊界條件及上，下兩側(cè)無摩擦的已知條件；（2）滿足了平衡方程式和相容方程式。本體為混合邊值問題，待定常數(shù)A只能由位移邊界條件（b）式確定。

（b）為此，必須由解（a）式解出相應(yīng)的應(yīng)變和位移。

將（a）式代入本構(gòu)方程式得：

利用幾何方程式得第1,2式積分

代入幾何方程的第3式，并注意到（c）式得第3式，得

所以，其解為 于是

c）

（d）

e）

f）

（（（利用對稱性條件

和

可得

再利用邊界條件（b）式可解得

從而有應(yīng)力和位移解：

（g）

4.3寫出圖中所示懸臂梁上邊界和右端面的邊界條件。

解：上邊界（負(fù)面）上面力應(yīng)面力上的負(fù)值，故有

。負(fù)面上的應(yīng)力等于對 右邊界（正面）上作用有y方向面力合力P，x方向合力為零，面合力矩為M。按上述面力合力和合力矩正負(fù)號規(guī)定，力P沿y軸負(fù)方向，故面合力為負(fù)（=-P，=0）；面按圖示坐標(biāo)系，正的力偶矩方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，故題給力偶矩為負(fù)（mz=-M）,從而有以下應(yīng)力邊界條件：

第三篇：高等巖石力學(xué)讀書報(bào)告

高等巖石力學(xué) 讀書報(bào)告

學(xué)院：國土資源工程學(xué)院 專業(yè)：地質(zhì)工程 姓名：曾敏

學(xué)號：

2006201071 高等巖石力學(xué)讀書報(bào)告

巖石力學(xué)是研究巖石在外界因素(如荷載、水流、溫度變化等)作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、破壞、穩(wěn)定性及加固的學(xué)科。又稱巖體力學(xué)，它是力學(xué)的一個(gè)分支。研究的目的在于解決水利、土木工程等建設(shè)中的巖石工程問題。它是近代發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，是一門應(yīng)用性的基礎(chǔ)學(xué)科。對于巖石力學(xué)的定義有很多種說法，這里推薦一種較廣義、較嚴(yán)格的定義：“巖石力學(xué)是研究巖石的力學(xué)性狀的一門理論科學(xué)，同時(shí)也是應(yīng)用科學(xué)；它是力學(xué)的一個(gè)分支，研究巖石對于各種物理環(huán)境的力場所產(chǎn)生的效應(yīng)。”這個(gè)定義既概括了巖石力學(xué)所研究的破碎與穩(wěn)定兩個(gè)主要方面的內(nèi)容，也概括了巖石受到一切力場作用所引起的各種力學(xué)效應(yīng)。巖石力學(xué)的理論基礎(chǔ)相當(dāng)廣泛，涉及固體力學(xué)、流體力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、彈塑性理論、工程地質(zhì)和地球物理學(xué)等學(xué)科，并與這些學(xué)科相互滲透。巖石力學(xué)主要理論基礎(chǔ)及與其他學(xué)科的結(jié)合

巖石力學(xué)是一門應(yīng)用性的基礎(chǔ)學(xué)科。它的理論基礎(chǔ)相當(dāng)廣泛，涉及到很多基礎(chǔ)及應(yīng)用學(xué)科。巖石力學(xué)的力學(xué)分支基礎(chǔ)

1、固體力學(xué)

固體力學(xué)是力學(xué)中形成較早、理論性較強(qiáng)、應(yīng)用較廣的一個(gè)分支，它主要研究可變形固體在外界因素(如載荷、溫度、濕度等)作用下，其內(nèi)部各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的位移、運(yùn)動(dòng)、應(yīng)力、應(yīng)變以及破壞等的規(guī)律。在采礦工程中用到的固體力學(xué)主要有：材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，彈、塑性力學(xué)，復(fù)合材料力學(xué)，斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)。如把采場上覆巖層看作是梁或板結(jié)構(gòu)用的就是結(jié)構(gòu)力學(xué)理論；采用彈性力學(xué)研究巷道周圍的應(yīng)力分布。

2、流體力學(xué)

流體力學(xué)主要研究流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及流體和固體界壁間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互作用和流動(dòng)規(guī)律。流體力學(xué)中研究得最多的流體是水和空氣。對于地下采礦工程來說，其研究對象就是地下水與瓦斯等礦井氣體。

3、爆炸力學(xué)

爆炸力學(xué)主要研究爆炸的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，以及爆炸的力學(xué)效應(yīng)的利用和防護(hù)。它從力學(xué)角度研究爆炸能量突然釋放或急劇轉(zhuǎn)化的過程，以及由此產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波(又稱激波)、高速流動(dòng)、大變形和破壞、拋擲等效應(yīng)。同時(shí)爆炸力學(xué)是流體力學(xué)、固體力學(xué)和物理學(xué)、化學(xué)之間的一門交叉學(xué)科。地下開采中的巷道掘進(jìn)，露天開采中的采剝都要進(jìn)行爆破。

4、計(jì)算力學(xué)

計(jì)算力學(xué)是綜合力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識，以計(jì)算機(jī)為工具研究解決力學(xué)問題的理論、方法，以及編制軟件的學(xué)科。從20世紀(jì)50年代以來，它在力學(xué)的各分支學(xué)科和邊緣學(xué)科中得到了很大的發(fā)展，無論是在科學(xué)研究還是工程技術(shù)中均得到了廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在它已成為力學(xué)除理論研究和實(shí)驗(yàn)研究之外的第3種手段。常見的計(jì)算力學(xué)方法并已廣泛用到數(shù)值模擬計(jì)算中的有：材料非線性有限元法、幾何非線性有限元法、熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力有限元法、彈性動(dòng)力學(xué)有限元法、邊界元法、離散元法、無網(wǎng)格法、有限差分法、非連續(xù)變形分析等。以計(jì)算力學(xué)為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬方法在采礦工程中的研究應(yīng)用也正廣泛地開展起來。巖石力學(xué)與其他學(xué)科的結(jié)合

上述力學(xué)分支構(gòu)成了巖石力學(xué)的基礎(chǔ)，同時(shí)，巖石力學(xué)的發(fā)展也離不開其他學(xué)科的支持。在巖石力學(xué)的發(fā)展過程中，巖石力學(xué)十分關(guān)注其他學(xué)科的最新進(jìn)展，并不斷地吸收、借鑒它們的方法和手段，極大地豐富了巖石力學(xué)自身的研究應(yīng)用手段。

巖石工程中所研究的巖塊和巖體，作為一種地質(zhì)體，其形成受地質(zhì)作用支配，地質(zhì)系統(tǒng)與工程巖體之間具有相互依存和相互作用關(guān)系。因此，對巖石的成巖和蛻變過程，構(gòu)造應(yīng)力和構(gòu)造變形，巖石所賦存的構(gòu)造部位及地質(zhì)環(huán)境等因素的研究構(gòu)成了巖石力學(xué)與工程學(xué)科的重要基礎(chǔ)。

巖石工程的狀態(tài)參數(shù)大多是隨機(jī)變量，甚至可能是時(shí)間或空間的隨機(jī)過程。由于這種狀態(tài)參數(shù)的隨機(jī)分布特性，其破壞模式及破壞過程也具有隨機(jī)性。因此，對巖石工程進(jìn)行參數(shù)的概率統(tǒng)計(jì)、破壞的隨機(jī)過程分析和系統(tǒng)的可靠度分析就顯得尤為重要了。統(tǒng)計(jì)學(xué)研究從觀測數(shù)據(jù)(樣本)出發(fā)尋找規(guī)律，利用這些規(guī)律對未來數(shù)據(jù)或無法觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。現(xiàn)有機(jī)器學(xué)習(xí)方法共同的重要理論基礎(chǔ)是統(tǒng)計(jì)學(xué)，傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)研究的是樣本數(shù)目趨于無窮大時(shí)的漸進(jìn)理論，現(xiàn)有學(xué)習(xí)方法也多是基于此假設(shè)。與傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)相比，統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論(StatisticalLearning Theory或SLM)是一種專門研究小樣本情況下機(jī)器學(xué)習(xí)規(guī)律的理論。V．Vapnik等人從上世紀(jì)六七十年代開始致力于此方面研究。目前該理論又成為研究熱點(diǎn)，我國馮夏庭、趙洪波等人已將其應(yīng)用到了巖石工程中。

近年來，隨著現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人工智能、遺傳進(jìn)化算法、數(shù)據(jù)挖掘、灰色理論、非線性力學(xué)以及系統(tǒng)科學(xué)等新興學(xué)科的興起，為人們提供了全新的思維方式，這些都為突破巖石力學(xué)的確定性研究方法提供了強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)是一種綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、并行實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)、人工智能、仿真技術(shù)等多種學(xué)科而發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)。它運(yùn)用計(jì)算機(jī)表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界的各種過程，通過它可以運(yùn)用數(shù)學(xué)力學(xué)方法如數(shù)值模擬呈現(xiàn)開挖過程，在施工過程中描述尚未進(jìn)行的工程，結(jié)合工程實(shí)踐預(yù)測巖體變形及穩(wěn)定。巖石力學(xué)的分支

巖石力學(xué)以上述這些力學(xué)分支為基礎(chǔ)并跟其他學(xué)科融合，逐步發(fā)展出以下分支：巖石工程地質(zhì)力學(xué)；巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)；統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)；巖石流變力學(xué)；分形巖石力學(xué)；巖石水力學(xué)；強(qiáng)動(dòng)載作用下的巖石動(dòng)力學(xué)；非線性巖石力學(xué)；卸荷巖石力學(xué)；軟巖工程力學(xué)；巖石力學(xué)智能分析方法。這些分支目前在采礦工程各個(gè)領(lǐng)域中都有具體應(yīng)用。巖石力學(xué)的研究內(nèi)容

巖石力學(xué)的研究內(nèi)容分為基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用兩個(gè)方面。但是這些方面只是主要方面，隨著建設(shè)的發(fā)展，還會有新的問題不斷的提出。2.1

基礎(chǔ)理論

1、巖石應(yīng)力，包括巖體內(nèi)應(yīng)力的來源、初始應(yīng)力(構(gòu)造應(yīng)力、自重應(yīng)力等)、二次應(yīng)力、附加應(yīng)力等。初始應(yīng)力由現(xiàn)場量測決定，常用鉆孔應(yīng)力解除法和水壓致裂法，有時(shí)也用應(yīng)力恢復(fù)法。二次應(yīng)力和附加應(yīng)力的計(jì)算常用固體力學(xué)經(jīng)典公式，復(fù)雜情況下采用數(shù)值方法。

2、巖石強(qiáng)度，包括抗壓、抗拉、抗剪（斷）強(qiáng)度及巖石破壞、斷裂的機(jī)理和強(qiáng)度準(zhǔn)則。室內(nèi)用壓力機(jī)、直剪儀、扭轉(zhuǎn)儀及三軸儀，現(xiàn)場做直剪試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)，以確定強(qiáng)度參數(shù)（凝聚力和內(nèi)摩擦角）。強(qiáng)度準(zhǔn)則大多采用庫倫－納維準(zhǔn)則。這個(gè)準(zhǔn)則假定對破壞面起作用的正應(yīng)力會增加巖石的抗剪強(qiáng)度，其增加量與正（壓）應(yīng)力的大小成正比。其次采用莫爾準(zhǔn)則，也可采用格里菲思準(zhǔn)則和修正的格里菲思準(zhǔn)則。

3、巖石變形，包括單向和三向條件下的變形曲線特性、彈性和塑性變形、流變（應(yīng)力-應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系）和擴(kuò)容。巖石流變主要包括蠕變和松弛。在應(yīng)力不等時(shí)巖石的變形隨時(shí)間不斷增長的現(xiàn)象稱為蠕變。在應(yīng)變不變時(shí)巖石中的應(yīng)力隨時(shí)間減少的現(xiàn)象稱為松弛。巖石擴(kuò)容是指在偏應(yīng)力作用下，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一定值時(shí)巖石的體積隨偏應(yīng)力的增大而增大的現(xiàn)象。研究巖石變形在室內(nèi)常用單軸或三軸壓縮方法、流變試驗(yàn)和動(dòng)力試驗(yàn)等，多數(shù)試驗(yàn)往往結(jié)合強(qiáng)度研究進(jìn)行。為了測定巖石應(yīng)力達(dá)到峰值后的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系，必須應(yīng)用伺服控制剛性壓力機(jī)。野外試驗(yàn)有承壓板法、水壓法、鉆孔膨脹計(jì)法和動(dòng)力法等。根據(jù)室內(nèi)外試驗(yàn)可獲得應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系和應(yīng)力-應(yīng)變-時(shí)間關(guān)系以及相應(yīng)的變形參數(shù)，如彈性模量、變形模量、泊松比、彈性抗力系數(shù)、流變常數(shù)等。

4、巖石滲流，包括滲透性、滲流理論、滲流應(yīng)力狀態(tài)和滲流控制等。對大多數(shù)巖石假定巖石中的水流為層流，流速與水力梯度呈線性關(guān)系,遵循達(dá)西定律。巖石滲透性用滲透系數(shù)表示,該系數(shù)在室內(nèi)用滲透儀測定，在野外用壓水和抽水試驗(yàn)測定。滲流理論借流體力學(xué)原理進(jìn)行研究。穩(wěn)定滲流滿足拉普拉斯方程。多數(shù)巖石內(nèi)的孔隙（裂隙）水壓力可用K.泰爾扎吉有效應(yīng)力定律計(jì)算。為了減小大壩底面滲透壓力、提高大壩的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)采取滲流控制措施，如抽水、排水、設(shè)置灌漿帷幕以延長滲流途徑等。

5、巖石動(dòng)力性狀，研究爆炸、爆破、地震、沖擊等動(dòng)力作用下巖石的力學(xué)特性、應(yīng)力波在巖石內(nèi)的傳播規(guī)律、地面振動(dòng)與損害等。動(dòng)力特性在室內(nèi)用動(dòng)三軸試驗(yàn)研究，野外用地球物理性、爆炸沖擊波試驗(yàn)等技術(shù)進(jìn)行研究，波的傳播規(guī)律借固體力學(xué)的理論進(jìn)行研究。2.2

工程應(yīng)用方面主要研究五個(gè)方面

1、地上工程建筑物的巖石地基，例如研究高壩、高層建筑、核電站以及輸電線路塔等地基的穩(wěn)定、變形及處理的問題；

2、地表挖掘的巖石工程問題，如水庫邊坡、高壩岸坡、渠道、運(yùn)河、路塹、露天開采坑等天然和人工邊坡的穩(wěn)定、變形及加固問題；

3、地下洞室，如研究地下電站、水工隧洞、交通隧道、采礦巷道、戰(zhàn)備地道、石油產(chǎn)品庫等的圍巖的穩(wěn)定和變形問題，地下開挖施工以及圍巖的加固（如固結(jié)灌漿、錨噴、預(yù)應(yīng)力錨固等）問題;

4、巖石破碎，如將巖石破碎成各種所要求的規(guī)格，以作為有關(guān)建筑材料（建筑物面石、土壩護(hù)石、堆石壩和防波堤石料、混凝土骨料等）；

5、巖石爆破，如用定向爆破筑壩，巷道掘進(jìn)和采礦等。此外，巖石力學(xué)還應(yīng)用于某些地質(zhì)問題的研究，如分析因開采地下礦體和液體而地表下陷、解釋地球構(gòu)造理論、預(yù)估地震和控制地震等。巖石力學(xué)的研究方法

巖石力學(xué)是一門邊緣學(xué)科，為了能用力學(xué)觀點(diǎn)對自然存在的巖體進(jìn)行性質(zhì)測定和理論計(jì)算，為工程建設(shè)服務(wù)，巖石力學(xué)的研究方法包括科學(xué)實(shí)驗(yàn)、理論分析及工程驗(yàn)證等幾個(gè)環(huán)節(jié)，三者是緊密結(jié)合并且相互促進(jìn)的。

巖石力學(xué)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的工程學(xué)科，因此在應(yīng)用巖石力學(xué)知識解決具體工程問題的時(shí)候，必須與工程設(shè)計(jì)與施工保持密切聯(lián)系、相互配合。

按學(xué)科的領(lǐng)域區(qū)分巖石力學(xué)的研究方法可以有以下四個(gè)方面： 地質(zhì)研究方法

著重于研究與巖石的力學(xué)性質(zhì)和力學(xué)行為有關(guān)的巖體。如：

巖層特征的研究。如軟弱成份、可溶鹽類、含水蝕變礦物、不抗風(fēng)化以及原生結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)研究。軟弱結(jié)構(gòu)面、軟弱面的起伏度結(jié)構(gòu)面的充填物等。環(huán)境因素研究。如地應(yīng)力成因和展布地下水性態(tài)，水平地質(zhì)條件等。物理測試方法

結(jié)構(gòu)探測。采用地球物理方法和技術(shù)來探查各種結(jié)構(gòu)面的力學(xué)行為。環(huán)境物理量測。如地應(yīng)力機(jī)制，滲透水系量測等。

巖石物理、力學(xué)性質(zhì)測試。如室內(nèi)巖塊的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)，原位巖體的力學(xué)性質(zhì)，鉆孔測試，變形監(jiān)測以及位移反分析確定巖體和巖性參數(shù)等。力學(xué)分析方法

力學(xué)模型研究。包括彈塑性模型、流變模型、斷裂模型、損傷力學(xué)模型、滲透網(wǎng)絡(luò)模型、拓?fù)淠Ｐ偷取?/p>

數(shù)值分析方法。如有限元法、邊界元法、離散元法、系統(tǒng)分析法和設(shè)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)決策的人工智能專家系統(tǒng)等。

模糊聚類和概率分析。如隨機(jī)分析、靈敏度分析、趁勢分析、時(shí)間序列分析和灰箱問題等。模抑分析。如光彈應(yīng)力分析，相似材料模型實(shí)驗(yàn)、離心模型實(shí)驗(yàn)等。整體綜合分析方法

就整個(gè)工程進(jìn)行多種方法并以系統(tǒng)工程為基線的綜合分析。

巖石力學(xué)在采礦工程中的發(fā)展趨勢

巖石力學(xué)的發(fā)生與發(fā)展與其它學(xué)科一樣，是與人類的生產(chǎn)活動(dòng)緊密相關(guān)的。巖石力學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了采礦工程中的各個(gè)領(lǐng)域，而且其研究理論正不斷創(chuàng)新，研究手段也日新月異。隨著我國礦產(chǎn)資源的持續(xù)開發(fā)，在采礦工程中將會遇到條件更復(fù)雜、難度更大的巖石力學(xué)問題，因此，巖石力學(xué)與工程學(xué)科的理論水平和工程能力都有待進(jìn)一步提高。

地下開采現(xiàn)代技術(shù)理論與礦山巖石力學(xué)和其他學(xué)科相互交叉及滲透是這一學(xué)科領(lǐng)域帶全局性的發(fā)展趨勢之一。巖石力學(xué)由研究單一的固體不連續(xù)材料向多場耦合和多相運(yùn)動(dòng)研究發(fā)展。災(zāi)害與公共安全的力學(xué)問題是目前需要特別給予考慮資助的重大科學(xué)問題。由此，巖石力學(xué)在采礦工程中應(yīng)用的發(fā)展趨勢可以歸納如下：

1、多學(xué)科相互交叉和多種手段的綜合集成

巖體工程的不確定性導(dǎo)致來自任何一種來源的知識都難以支持可靠的決策。因此，綜合地質(zhì)、物探、測量、力學(xué)試驗(yàn)、數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)分析等學(xué)科知識和手段是目前解決該問題的最好途徑。

2、多場耦合、多相運(yùn)動(dòng)和多尺度的綜合集成隨著礦井開采深度的日益加大，采礦工程中的巖石力學(xué)問題出現(xiàn)了熱、流、固、化多場并存以及固、氣、水、微粒多相復(fù)合運(yùn)動(dòng)的狀況。因此，對多場耦合以及多相運(yùn)動(dòng)的研究還有待深入，同時(shí)，隨著采礦工程規(guī)模的日益擴(kuò)大，力學(xué)上均一體的尺寸效應(yīng)進(jìn)化為大尺度和多尺度問題，因此不可避免地面臨多尺度模型及其耦合，即：宏觀一細(xì)觀一微觀的研究及其相互耦合。

3、災(zāi)害的非線性動(dòng)力過程的預(yù)測和防治研究目前采礦工程中還有如下主要災(zāi)害急需深入、系統(tǒng)地研究：沖擊礦壓；煤與瓦斯突出；煤層頂、底板水防治；大型礦山的坍塌；采動(dòng)引起的巨型坡體失穩(wěn)和山體滑坡。

過去，工程中遇到的巖石工程問題，多憑經(jīng)驗(yàn)解決，但工程實(shí)踐證明：單憑經(jīng)驗(yàn)越來越難以適應(yīng)日益發(fā)展的工程規(guī)模及工程的復(fù)雜性。如采深近400m的大型露天礦邊坡角增減1°將影響投資變化可達(dá)數(shù)千萬乃至億萬元，而且一旦邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)將造成難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)和資源損失。這些都對巖石力學(xué)提出了許多新的課題。此外，各類地下工程的設(shè)計(jì)和施工中，要求對群硐圍巖穩(wěn)定深入分析研究；在能源建設(shè)中如天然氣和石油的開發(fā)，核電站和核工業(yè)建設(shè)中的核廢料處理等等，也都是難度極大的科研問題。對這些工程的設(shè)計(jì)和施工都要求系統(tǒng)地的對巖石的變形性狀、破壞機(jī)制以及力學(xué)模型，從而在工程設(shè)計(jì)中預(yù)測巖石工程的可靠性和穩(wěn)定性，并使工程具有盡可能的經(jīng)濟(jì)性。這些巨大的工程建設(shè)問題，為巖石力學(xué)提出了日益繁重復(fù)雜的任務(wù)，將大大的促進(jìn)巖石力學(xué)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)

[1] 高等巖石力學(xué)，周維垣，水利電力出版社 [2] 巖石力學(xué)簡明教程，李世平，吳振業(yè)等，煤炭工業(yè)出版社

[3] 巖石力學(xué)采礦工程中的研究現(xiàn)狀和趨勢，藍(lán)航，煤礦開采，2006（5）[4] 巖石力學(xué)在金屬礦山采礦工程中的應(yīng)用，蔡美峰，金屬礦山，2006（1）[5] 智能巖石力學(xué)的發(fā)展，馮夏庭，中國科學(xué)院院刊，2002（4）

第四篇：彈塑性力學(xué)總結(jié)讀書報(bào)告

彈塑性力學(xué)讀書報(bào)告

彈塑性力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)重要分支，是研究可變形固體變形規(guī)律的一門學(xué)科。研究可變形固體在荷載（包括外力、溫度變化等作用）作用時(shí)，發(fā)生應(yīng)力、應(yīng)變及位移的規(guī)律的學(xué)科。它由彈性理論和塑性理論組成。彈性理論研究理想彈性體在彈性階段的力學(xué)問題，塑性理論研究經(jīng)過抽象處理后的可變形固體在塑性階段的力學(xué)問題。因此，彈塑性力學(xué)就是研究經(jīng)過抽象化的可變形固體，從彈性階段到塑性階段、直至最后破壞的整個(gè)過程的力學(xué)問題。彈塑性力學(xué)也是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基礎(chǔ)和一部分。彈塑性力學(xué)包括：彈塑性靜力學(xué)和彈塑性動(dòng)力學(xué)。

彈塑性力學(xué)的任務(wù)是分析各種結(jié)構(gòu)物或其構(gòu)件在彈性階段和塑性階段的應(yīng)力和位移，校核它們是否具有所需的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，并尋求或改進(jìn)它們的計(jì)算方法。并且彈塑性力學(xué)是以后有限元分析、解決具體工程問題的理論基礎(chǔ)，這就要求我們掌握其必要的基礎(chǔ)知識和具有一定的計(jì)算能力。基本思想及理論

1.1科學(xué)的假設(shè)思想

人們研究基礎(chǔ)理論的目的是用基礎(chǔ)理論來指導(dǎo)實(shí)踐，而理論則是通過對自然、生活中事物的現(xiàn)象進(jìn)行概括、抽象、分析、綜合得來，在這個(gè)過程中就要從眾多個(gè)體事物中尋找規(guī)律，而規(guī)律的得出一般先由假設(shè)得來，彈塑性力學(xué)理論亦是如此。固體受到外力作用時(shí)表現(xiàn)出的現(xiàn)象差別根本的原因在于材料本身性質(zhì)差異，這些性質(zhì)包括尺寸、材料的方向性、均勻性、連續(xù)性等，力學(xué)問題的研究離不開數(shù)學(xué)工具，如果要考慮材料的所有性質(zhì)，那么一些問題的解答將無法進(jìn)行下去。所以，在彈塑性力學(xué)中，根據(jù)具體研究對象的性質(zhì)，并聯(lián)系求解問題的范圍，忽略那些次要的局部的對研究影響不大的因素，使問題得到簡化。

1.1.1連續(xù)性假定

假設(shè)物體是連續(xù)的。就是說物體整個(gè)體積內(nèi)，都被組成這種物體的物質(zhì)填滿，不留任何空隙。這樣，物體內(nèi)的一些物理量，例如：應(yīng)力、應(yīng)變、位移等，才可以用坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)表示。

1.1.2線彈性假定（彈性力學(xué)）假設(shè)物體是線彈性的。就是說當(dāng)使物體產(chǎn)生變形的外力被除去以后，物體能夠完全恢復(fù)原來形狀，不留任何殘余變形。而且，材料服從虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。

1.1.3均勻性假定

假設(shè)物體是均勻的。就是說整個(gè)物體是由同一種質(zhì)地均勻的材料組成的。這樣，整個(gè)物體的所有部分才具有相同的物理性質(zhì)，因而物體的彈性模量和泊松比才不隨位置坐標(biāo)而變。

1.1.4各向同性假定（彈性力學(xué)）

假定物體內(nèi)一點(diǎn)的彈性性質(zhì)在所有各個(gè)方向都相同，彈性常數(shù)（E、μ）不隨坐標(biāo)方向而變化；

1.1.5小變形假定

假設(shè)物體的變形是微小的。即物體受力以后，整個(gè)物體所有各點(diǎn)的位移都小于物體的原有尺寸，因而應(yīng)變和轉(zhuǎn)角都遠(yuǎn)小于1。可用變形前的尺寸代替變形后的尺寸，建立方程時(shí)，可略去高階微量

1.2應(yīng)力狀態(tài)理論

應(yīng)力的概念的提出用到了數(shù)學(xué)上極限的概念，定義為微小面元上的內(nèi)力矢量。在微觀層面，我們研究的是一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。在宏觀層面，根據(jù)物體所受的面力和體力以及其與坐標(biāo)軸的關(guān)系，將物體的應(yīng)力狀態(tài)分為平面應(yīng)力問題、平面應(yīng)變問題及空間應(yīng)力問題。平面應(yīng)力問題是指物體在一個(gè)方向上的尺寸很小，且外荷載沿該方向的厚度均勻分布（如矩形薄板）；平面應(yīng)變問題則是物體在一個(gè)方向上的尺寸很大，外荷載沿該方向?yàn)槌?shù)（如水壩）。空間應(yīng)力問題則是一般普遍的情形。對應(yīng)力的分析應(yīng)用靜力學(xué)的理論可以得到求解彈塑性力學(xué)的平衡微分方程。

1.3應(yīng)變狀態(tài)理論

在外力、溫度變化或其他因素作用下，物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)將產(chǎn)生位置的變化，即發(fā)生位移。物體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)發(fā)生位移后，如果仍保持各質(zhì)點(diǎn)間初始狀態(tài)的相對位置，則物體僅發(fā)生剛體位移，如果改變了各點(diǎn)間初始狀態(tài)的相對位置，則物體還產(chǎn)生了形狀的變化，包括體積改變和形狀改變，物體的這種變化稱為物體的變形。在彈塑性力學(xué)中，用應(yīng)變的概念來描述物體變形，在已知物體位移的情況下，通過幾何學(xué)工具，結(jié)合小變形假設(shè)條件，可推導(dǎo)出求解彈塑性力學(xué)的幾何方程。

1.4本構(gòu)理論： 本構(gòu)理論探討的是物體受到外力作用時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系，這是研究彈塑性力學(xué)非常重要的理論。對物體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的研究首先總是通過實(shí)驗(yàn)的手段得來，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)物體處于線彈性階段時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系可以通過胡克定律來描述，具體而言又可分為各向同性材料、各向異性材料、對稱性材料等。

當(dāng)受力物體某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)滿足屈服條件是，該點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)入塑性階段，此時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變不再呈現(xiàn)出線性關(guān)系，對于該點(diǎn)彈性本構(gòu)關(guān)系不再適用。在塑性階段，應(yīng)變狀態(tài)不但與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，而且還依賴于整個(gè)應(yīng)力歷史（應(yīng)力點(diǎn)移動(dòng)的過程），由于應(yīng)力歷史的復(fù)雜性，很難建立一個(gè)能包括各種變形歷史影響的全量形式的塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，只能建立應(yīng)力與應(yīng)變增量之間的塑性本夠關(guān)系。當(dāng)結(jié)構(gòu)材料進(jìn)入塑性狀態(tài)之后，應(yīng)力點(diǎn)位于屈服面上，此時(shí)材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系將根據(jù)加載與卸載的不同情況而服從不同的規(guī)律。若為卸載，則施加的應(yīng)力增量將使應(yīng)力點(diǎn)從屈服面上回到屈服面內(nèi)，增量應(yīng)力與增量應(yīng)變之間仍服從胡克定律。若為加載，則所施加的增量應(yīng)力將使應(yīng)力點(diǎn)在屈服面上移動(dòng)或移動(dòng)到新的屈服面上，此時(shí)材料的本構(gòu)關(guān)系服從增量理論。

當(dāng)個(gè)應(yīng)變分量自始至終都按同一比例增加或減少時(shí)，應(yīng)變強(qiáng)度增量可以積分求得應(yīng)變強(qiáng)度，從而建立全量理論的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

1.5 邊界條件（圣維南原理）

邊界條件表示在邊界上位移與約束，或應(yīng)力與面力之間的關(guān)系式。邊界條件分為應(yīng)力邊界條件、位移邊界條件、混合邊界條件，求解彈性力學(xué)問題時(shí)，使應(yīng)力分量、形變分量、位移分量完全滿足8個(gè)基本方程相對容易，但要使邊界條件完全滿足，往往很困難。這時(shí)，圣維南原理可為簡化局部邊界上的應(yīng)力邊界條件提供恒大的方便。圣維南原理描述如下：如果物體一小部分邊界面上的面力是一個(gè)平衡力系（主矢量及主矩都等于零），那么這個(gè)面力就會使近處產(chǎn)生顯著的應(yīng)力，而遠(yuǎn)處的應(yīng)力可以不計(jì)。

2.材料力學(xué)性質(zhì)模型(1)彈性材料

彈性材料是對實(shí)際固體材料的一種抽象，它構(gòu)成一個(gè)近似于真實(shí)材料的理想模型。彈性材料的特征是：物體在變形過程中，對應(yīng)于一定的溫度，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈 一一對應(yīng)的關(guān)系，它和載荷的持續(xù)時(shí)間及變形歷史無關(guān)；卸載后，類變形可以完全恢復(fù)。在變形過程中，應(yīng)力與應(yīng)變之司呈線性關(guān)系，即服從胡克(Hooke R)規(guī)律的彈性材料稱為線性彈性材料；而某些金屬和塑料等，其應(yīng)力與應(yīng)變之間呈非線性性質(zhì)，稱為非線性彈性材料。材料彈性規(guī)律的應(yīng)用，就成為彈性力學(xué)區(qū)別于其它固體力學(xué)分支學(xué)科的本質(zhì)特征。

(2)塑性材料

塑性材料也是固體材料約一種理想模型。塑性材料的特征是：在變形過程中，應(yīng)力和應(yīng)變不再具有一一對應(yīng)的關(guān)系，應(yīng)變的大小與加載的歷史有關(guān)，但與時(shí)間無關(guān)；卸載過程中，應(yīng)力與應(yīng)變之間按材料固有的彈性規(guī)律變化，完全卸載后，物體保持一定的永久變形、或稱殘余變形。部分變形的不可恢復(fù)性是塑性材料的基本特征。

(3)粘性材料

當(dāng)材料的力學(xué)性質(zhì)具有時(shí)間效應(yīng)，即材料的力學(xué)性質(zhì)與載荷的持續(xù)時(shí)間和加載速率相關(guān)時(shí)，稱為粘性材料。實(shí)際材料都具有不同程度的粘性性質(zhì)，只不過有時(shí)可以略去不計(jì)。求解方法

在彈彈塑性力學(xué)里求解問題，主要有三種基本方法，分別是按位移求解、按應(yīng)力求解和按能量原理求解。

2.1位移法

它以位移分量為基本未知函數(shù)，從方程和邊界條件中消去位移分量和形變分量，導(dǎo)出只含位移分量的方程和相應(yīng)的邊界條件，并由此解出位移分量，然后再求出形變分量和應(yīng)力分量。位移法能適應(yīng)各種邊界條件問題的求解。

2.2應(yīng)力法

它以應(yīng)力分量為基本未知函數(shù)，從方程和邊界條件中消去位移分量和形變分量，導(dǎo)出只含應(yīng)力分量的方程和相應(yīng)的邊界條件，并由此解出應(yīng)力分量，然后再求出形變分量和位移分量。按應(yīng)力法求解平面問題時(shí)，需要滿足相容方程，它是偏微分方程，由于不能直接求解，則只能采用逆解法或半逆解法。

所謂逆解法，就是先設(shè)定各種形式的、滿足相容方程的應(yīng)力函數(shù)?，從而求出應(yīng)力分量。然后根據(jù)應(yīng)力邊界條件來考察，在各種形狀的彈性體上，這些應(yīng)力分量對應(yīng)于什么樣的面力，從而得知所設(shè)定的應(yīng)力函數(shù)可以解決什么問題。所謂半逆解法，就是針對所要解的問題，根據(jù)彈性體的邊界形狀和受力情況，假設(shè)部分或全部應(yīng)力分量為某種形式的函數(shù)，從而推出應(yīng)力函數(shù)?，然后來考察這個(gè)應(yīng)力函數(shù)是否滿足相容方程以及原來假設(shè)的應(yīng)力分量和由這個(gè)應(yīng)力函數(shù)求出其他應(yīng)力分量，是否滿足應(yīng)力邊界條件和位移單值條件。

2.3能量原理

由以上的方法可以解決梁的彎曲、薄板彎曲、厚壁圓筒、孔邊應(yīng)力等問題的求解，然而只有對一些特殊結(jié)構(gòu)在特定加載條件下才能找到精確解，而對于一般的力學(xué)問題，如空間問題，在給定邊界條件時(shí)，求解極其困難，而且往往是不可能的。為解決這些問題，數(shù)值解法的應(yīng)用就有重要的意義，如有限元法、邊界元法等，這些解法的依據(jù)都是能量原理。

虛位移原理，在外力作用下處于平衡狀態(tài)的可變形體，當(dāng)給予物體微小虛位移時(shí)，外力在虛位移上所做的虛功等于物體的虛應(yīng)變能。

虛功原理，當(dāng)物體在已知體力和面力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，微小虛面力在實(shí)際位移所做的虛功，等于虛應(yīng)力在真實(shí)應(yīng)變所產(chǎn)生的虛應(yīng)變余能。

最小勢能原理，即給定外力作用下保持平衡的彈性體，在滿足位移邊界條件的位移場中，真實(shí)的位移場使其總勢能能取最小值。

最小余能原理，在所有滿足平衡方程和應(yīng)力邊界條件的靜力許可的應(yīng)力場中，真實(shí)的應(yīng)力場使余能取最小值。

3總結(jié)

彈塑性力學(xué)作為固體力學(xué)的一個(gè)重要分支，是我們認(rèn)識物體受力時(shí)應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律的重要基礎(chǔ)理論，是分析和解決許多工程技術(shù)問題的基礎(chǔ)和依據(jù)。結(jié)合本專業(yè)，樹立土的本構(gòu)模型概念，在有限元計(jì)算中根據(jù)實(shí)際問題選取合適的本構(gòu)模型對于問題的求解具有重要意義。

第五篇：金屬實(shí)習(xí)報(bào)告

認(rèn) 識 實(shí)習(xí)心 得 體 會

本實(shí)習(xí)的目的就是要讓學(xué)生對于材料的新材料和表面處理兩個(gè)方向在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用有一個(gè)感性認(rèn)識，通過教師和工程技術(shù)人員的當(dāng)堂授課以及工人師傅門的現(xiàn)場現(xiàn)身說法全面而詳細(xì)的了解相關(guān)材料工藝過程。實(shí)習(xí)的過程中，學(xué)會從技術(shù)人員和工人們那里獲得直接的和間接地生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，積累相關(guān)的生產(chǎn)知識。通過人事實(shí)習(xí)，學(xué)習(xí)本專業(yè)方面的生產(chǎn)實(shí)踐知識，為專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也能夠?yàn)楫厴I(yè)后走向工作崗位積累有用的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)習(xí)還能讓我們早些了解自己專業(yè)方面的知識和專業(yè)以外的知識，讓我們也早些認(rèn)識到我們將面臨的工作問題，讓我明白了以后讀大學(xué)是要很認(rèn)真的讀，要有好的專業(yè)知識，才能為好的實(shí)際動(dòng)手能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，更讓我明白了以后要有一技之長，才能迎接以后的挑戰(zhàn)，也讓我們知道了大學(xué)是為我們順應(yīng)科學(xué)發(fā)展的墊腳石和自身發(fā)展的機(jī)會。

這次實(shí)習(xí)是金屬材料工程專業(yè)的認(rèn)識實(shí)習(xí)，是學(xué)生完成學(xué)業(yè)的基本實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)習(xí)任務(wù)是：（1）讓學(xué)生全面充分了解本專業(yè)所涉及的有關(guān)材料領(lǐng)域的基本情況，充分認(rèn)識材料行業(yè)在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位和作用；（2）比較全面地了解主要材料行業(yè)的原料特點(diǎn)、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)方法及產(chǎn)品的應(yīng)用范圍；（3）了解國內(nèi)材料行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景。（4）鞏固所學(xué)基本知識、基本理論，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

我們需要學(xué)到的是通過現(xiàn)場參觀了解到以下的幾個(gè)方面： 1.某些產(chǎn)品的制造生產(chǎn)過程。2.通過老師講解認(rèn)識幾種生產(chǎn)設(shè)備。3.了解典型零部件的裝配工藝。4.參觀工廠的先進(jìn)設(shè)備及特種加工，以擴(kuò)大學(xué)生的專業(yè)知識面以及對新工藝、新技術(shù)的了解。5.參觀工廠車間。6.學(xué)會聯(lián)系自己所學(xué)知識，解釋生產(chǎn)中的一些細(xì)節(jié)。

安全教育 ：1.不許觸摸車間的材料和工件，以防燙傷2.不許在吊車下行走，以防工件墜落砸傷 3.不許不戴安全帽進(jìn)廠4.不許拍照，不許向外泄密5.不許圍觀，影響正常生產(chǎn) 6.不許遲到、早退、缺勤7.遵守單位的工作和生活制度8.遵守紀(jì)律，不許在工廠內(nèi)追逐、打鬧 9.離工作的機(jī)器要在安全距離之外，防止一些廢料、飛濺飛出傷及身體。10.非工作原因夜間不得擅自離開實(shí)習(xí)單位或居住地外出活動(dòng)。

實(shí)習(xí)第一天，我們參觀的鑄造廠，首先鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時(shí)間．鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。

鑄造工藝通常包括:鑄型（使液態(tài)金屬成為固態(tài)鑄件的容器）準(zhǔn)備，鑄型按所用材料可分為砂型、金屬型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次數(shù)可分為一次性型、半永久型和永久型，鑄型準(zhǔn)備的優(yōu)劣是影響鑄件質(zhì)量的主要因素；鑄造金屬的熔化與澆注，鑄造金屬（鑄造合金）主要有各類鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色金屬及合金；鑄件處理和檢驗(yàn)，鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防銹處理和粗加工等。

第二天我們參觀了熱處理車間，其環(huán)境并不像我想象的那么差，雖然有的小車間是需要帶上防塵口罩才能進(jìn)的，但是個(gè)數(shù)很少。與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的，所以，它是機(jī)械制造中的特殊工藝過程，也是質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。“四把火”，退火、正火、淬火跟回火。“四把火”隨著加熱溫度跟 冷卻方法的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得必定的強(qiáng)度跟韌性，把淬火跟高溫回火結(jié)合起來的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火構(gòu)成過飽跟固溶體后，將其置于室溫或稍高的恰當(dāng)溫度下保持較長時(shí)光，以進(jìn)步合金的硬度、強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時(shí)效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而周到地結(jié)合起來進(jìn)行，使工件獲得很好的強(qiáng)度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負(fù)壓氛圍或真空中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件名義光潔，進(jìn)步工件的性能，還可能通進(jìn)滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。他們的設(shè)備大多是我們在課堂上接觸過的，當(dāng)然也有很多自動(dòng)化設(shè)備或是比我們看過的更大型或是功能性更強(qiáng)大或是根本沒有接觸過的。實(shí)習(xí)的收獲也就變的大了很多。看見廠房中的天車來來回回運(yùn)輸那么多的大型零件就知道它的作用是很強(qiáng)大的，它的使用會減輕工人們的負(fù)擔(dān)更大大提高了工作效率。此車間對零件的表面熱處理能力很強(qiáng)，在全國也可謂是數(shù)一數(shù)二的，具有對工件進(jìn)行鍍鉻、鍍鋅、鍍鎘、鍍銅、鍍錫、鉛、仿金電鍍、氧化、鋅磷鹽處理、酸洗處理、電解加工等能力。當(dāng)然，其熱處理能力也是很嫻熟的，師傅們帶領(lǐng)我們參觀了大型井式熱處理爐及其它形式熱處理爐，它們可對各種毛坯按不同工藝要求進(jìn)行正火、回火和淬火及調(diào)質(zhì)處理。所以熱處理并不是簡單的加熱、保溫、冷卻的過程，其中的每個(gè)環(huán)節(jié)的控制也是至關(guān)重要的，而且操作起來要有一定的技巧才能生產(chǎn)出好的零件。金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要過程之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的，所以，它是機(jī)械制造中的特殊工藝過程，也是質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。

所用設(shè)備；箱式爐，壁式爐，井式爐，齒輪等盤式零件用井式掛具，軸類零件用盤式掛具。其中箱式爐與壁式爐區(qū)別是加熱臺可不可以移出。

之后我們參觀了鍛造車間，耳中回蕩的盡是“當(dāng)當(dāng)”的撞擊聲。進(jìn)入之后看到的和在學(xué)校的教學(xué)影片中看得的機(jī)器有很多一樣，當(dāng)然也不乏有很多沒見識過的。車間里一部分正在工作，還有一部分停機(jī)中。不同的鍛造方法有不同的流程，其中以熱模鍛的工藝流程最長，一般順序?yàn)椋哄懪飨铝希诲懪骷訜幔惠佸憘渑鳎荒ｅ懗尚危磺羞叄粵_孔；矯正；中間檢驗(yàn)，檢驗(yàn)鍛件的尺寸和表面缺陷；鍛件熱處理，用以消除鍛造應(yīng)力，改善金屬切削性能；清理，主要是去除表面氧化皮；矯正；檢查，一般鍛件要經(jīng)過外觀和硬度檢查，重要鍛件還要經(jīng)過化學(xué)成分分析、機(jī)械性能、殘余應(yīng)力等檢驗(yàn)和無損探傷。鍛壓是鍛造車間最重要進(jìn)行的工序把持，對坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形改變尺寸、外形及性能，用以制造毛坯、機(jī)械整機(jī)的成形加工方法。是鍛造與沖壓的總稱。在鍛造加工中，坯料整體產(chǎn)生明顯的塑性變形，有較大量的塑性活動(dòng)；在沖壓加工中，坯料重要通過改變各部位面積的空間地位而成形，其內(nèi)部不呈現(xiàn)較大間隔的塑性活動(dòng)。鍛壓重要用于加工金屬制件，也可用于加工某些非金屬，如工程塑料、橡膠、陶瓷坯、磚坯以及復(fù)合材料的成形等。鍛壓跟 冶金產(chǎn)業(yè)中的軋制、拔制等都屬于塑性加工，或稱壓力加工，但鍛壓重要用于生產(chǎn)金屬制件，而軋制、拔制等重要用于生產(chǎn)板材、帶材、管材、型材跟 線材等通用性金屬材料。

在這個(gè)科技時(shí)代中，高技術(shù)產(chǎn)品品種類繁多，生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程也各不相同，但不管何種產(chǎn)品，從原料加工到制成產(chǎn)品都是遵循一定的生產(chǎn)原理，通過一些主要設(shè)備及工藝流程來完成的。因此，在專業(yè)實(shí)習(xí)過程中，首先要了解其生產(chǎn)原理，弄清生產(chǎn)的工藝流程和主要設(shè)備的構(gòu)造及操作。因此，在專業(yè)實(shí)習(xí)過程中，首先要了解其生產(chǎn)原理，弄清生產(chǎn)的工藝流程和主要設(shè)備的構(gòu)造及操作。

在這兩個(gè)星期中，我們不僅僅學(xué)到了一些實(shí)際的知識，更真實(shí)的認(rèn)識到以后的工作環(huán)境和工作內(nèi)容。在這今天的實(shí)習(xí)生活中，我們參觀了佳木斯聯(lián)合收割機(jī)廠，中唯實(shí)業(yè)有限公司，龍嘉股份有限公司，暢通公司等大型工廠。在這些工廠里，我們看見了許多國內(nèi)國際上都比較先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線。我們和一些經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅交流，對我們以后的工作學(xué)習(xí)得到了很多的幫助。我覺得這次的生產(chǎn)實(shí)習(xí)對我們找工作也是有很大的好處，它使我們對以后的工作環(huán)境進(jìn)行了一個(gè)提前的熟悉。

在本次認(rèn)識學(xué)習(xí)中，我發(fā)現(xiàn)了許多自身不足的地方：

1、缺乏經(jīng)驗(yàn)，很多的時(shí)候問問題的時(shí)候不能分清主次，有些時(shí)候和工作人員交流的時(shí)候不能正確的表達(dá)自己的問題。

2、實(shí)習(xí)態(tài)度仍不夠積極，在實(shí)習(xí)中僅僅滿足于能夠完成布置的任務(wù)，沒有在完成任務(wù)的同時(shí)自己主動(dòng)去學(xué)習(xí)一些對自己有用的東西。不學(xué)習(xí)的時(shí)候就會松懈，不能做到主動(dòng)學(xué)習(xí)，這主要還是因?yàn)閼卸柙谧鞴郑诮窈蟮膶W(xué)習(xí)生活中，我要努力克服這個(gè)壞習(xí)慣。

3、掌握的知識不夠充足“ 書到用時(shí)方恨少”這句話是很有道理的，在認(rèn)識學(xué)習(xí)中讓我深刻的認(rèn)識到了自己自身知識儲備的不足。如果沒有充分的理論知識就沒有辦法在實(shí)際的生產(chǎn)中把理論知識更好的運(yùn)用到實(shí)際中去。短短的一個(gè)星期的時(shí)間，我們自實(shí)習(xí)中充實(shí)地度過了，我們學(xué)習(xí)的知識雖然不是很多，但通過這次的認(rèn)識實(shí)習(xí)讓我明白了“學(xué)海無涯”的道理，實(shí)際生活中還有很多很多的技能需要我去學(xué)習(xí)，只有發(fā)揚(yáng)“苦作舟”的精神，我才能夠?qū)⒆约旱乃枷胛溲b起來。否則，我們將來恐怕只能是趙括的“紙上談兵”。