金属塑性变形与轧制原理(教案).x
备课本
课程名称金属塑性变形与轧制原理课时数64
适用班级金属材料081、082授课教师孙斌
使用时间2011学年第1学期
冶金工程学院
绪论
0.1金属塑性成形及其特点
金属压力加工：即金属塑性加工，对具有塑性的金属施加外力作用使其产生塑性变形，而不破坏其完整性，改变金属的形状、尺寸和性能而获得所要求的产品的一种加工方法。
金属成型方法分类：
（1）减少质量的成型方法:车、刨、铣、磨、钻等切削加工；冲裁与剪切、气割与电切；蚀刻加工等。
（2）增加质量的成型方法：铸造、焊接、烧结等。
（3）质量保持不变的成型方法(金属塑性变形)：利用金属的塑性，对金属施加一定的外力作用使金属产生塑性变形，改变其形状尺寸和性能而获得所要求的产品的一种加工方法。如轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压等金属压力加工方法。
金属压力加工方法的优缺点：
优点：1）因无废屑,可节约大量金属；
2）改善金属内部组织及物理、机械性能；
3）产量高，能量消耗少，成本低，适于大量生产。
缺点：1）对要求形状复杂，尺寸精确，表面十分光洁的加工产品尚不及金属切削加工方法；
2）仅用于生产具有塑性的金属；
0.2 金属塑性成形方法的分类
0.2.1按温度特征分类
1.热加工在充分再结晶温度以上的温度范围内所完成的加工过程，T=0.75∽0.95T熔。
2.冷加工在不产生回复和再结晶温度以下进行的加工T=0.25T熔以下。
3.温加工介于冷热加工之间的温度进行的加工.
0.2.2按受力和变形方式分类
由压力的作用使金属产生变形的方式有锻造、轧制和挤压
1.锻造：用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使金属进行塑性变形的过程。分类：
自由锻造：即无模锻造，指金属在锻造过程的流动不受工具限制（摩擦力除外）的一种加工方法。
模锻：锻造过程中的金属流动受模具内腔轮廓或模具内壁的严格控制的一种工艺方法。
图0-1 锻造工艺示意图
a镦粗；b模锻
2.轧制
轧制：金属坯料通过旋转的轧辊缝隙进行塑性变形。
分类：
纵轧：金属在相互平行且旋转方向相反的轧辊缝隙间进行塑性变形，而金属的行进方向与轧辊轴线垂直。
斜轧：金属在同向旋转且中心线相互成一定角度的轧辊缝隙间进行塑性变形。
横轧：金属在同向旋转且中心线相互平行的轧辊缝隙间进行塑性变形。
3.挤压
挤压：将金属放入挤压机的挤压筒内，以一端施加压力迫使金属从模孔中挤出，而得到所需形状的制品的加工方法。
挤压分为正挤压和反挤压。正挤压时，挤压杆的运动方向和从模孔中挤出的金属方向一致；反挤压时挤压杆的运动方向和从模孔中挤出的金属方向相反。
挤压法具有以下优点:
①具有比轧制、锻造更强的三向压缩应力，避免了拉应力的出现，金属可以发挥其最大的塑性，使脆性材料的塑性提高；
②挤压不仅能生产简单的管材和型材,更主要的还能生产形状极其复杂的管材和型材；
③生产上具有较大的灵活性，非常适用于小批量多品种的生产；
④产品尺寸精确,表面质量较高，精确度、粗糙度的表面特性都好于热轧和锻造产品。
挤压法也有一些缺点:
①挤压方法所采用的设备较为复杂，生产率比轧制方法低；
②挤压的废料损失一般较大；
③工具的损耗较大；
④制品的组织和性能沿长度和断面上不够均匀一致。
4．拉拔
金属通过固定的具有一定形状的模孔中拉拔出来，从而使金属断面缩小长度增加的一种加工方法。
拉拔法具有以下特点:
①拉拔方法可以生产长度较大、直径极小的产品,并且可以保证沿整个长度上横断面完全一致；
②拉拔制品形状和尺寸精确,表面质量好；
③拉拔制品的机械强度高；
④拉拔方法的缺点是每道加工率较小,拉拔道次较多，能量消耗较大。5．冲压（拉延）
压力机的冲头把板料顶入凹模中进行拉延，加工方法如图，用来生产薄壁空心制品，如子弹壳，各种仪表器件、器皿及锅碗盆勺等。
0.3金属塑性变形与轧制原理的基本内容
1．掌握塑性变形时金属流动和变形分布的基本规律，分析影响金属塑性和变形抗力的各种因素，以寻求最优和加工条件，获得尺寸精度高、性能优良的产品。
2．研究金属塑性成形过程中的摩擦与润滑，以便正确选用塑性成形时的摩擦定律来计算变形力和变形功，采用合理的润滑剂改善塑性加工条件，达到高产低消耗的目的。
3．在研究加工变形中变形物体内部应力及变形分布的基础上，介绍了材料成形过程中应力应变的分布规律和确定变形力、变形功的主要方法（工程计算法、滑移线法、上限法、下限法、有限无法等）主要讨论了工程计算法求解锻造、轧制过程的变形力、变形功及轧制力矩等，以便正确选择压力加工设备和加工工具的结构和强度。
4．详细讲述了轧制过程的基本概念、金属在轧制过程中的变形律、连轧过程、轧制时的弹塑性曲线等基础理论。
1 应力及变形理论
本章主要研究以下几个问题:
1.应力,应变概念;
2.物体内各点应力分量和应变分量函数之间的关系;
3.物体内的一点沿各个不同方向应力之间和应变之间的关系,即一点的应力状态和一点的应变状态的分析;
4.塑性变形时,应力与应变之间的关系,标志进入塑性流动的应力条件即屈服条件或塑性方程等.
1.1外力和应力
外力:受力物体之外的物体施加给受力物体的力。外力可分为两类：接触力和体力。
接触力分为作用力和约束反力。
体力；作用在物体每个质点上的力，如重力磁力及惯性力。
作用力：塑性加工设备的可动工具部分对工件所作用的力也叫主动力。
约束反力：工件在主动力的作用下，其运动将受到工具所阻碍而产生变形的力。主要有正压力和摩擦力。
内力：物体受外力作用产生变形时，内部各部分因相对位置改变而引起的相互作用力。分析内力用切面法。
应力（全应力）：单位面积上的内力。
全应力可分解成两个分量，正应力σ和剪应力τ
1.2直角坐标系中一点的应力状态
应力状态：过一点所有不同方位的截面上的应力集合称为该点的应力状态。
取六面体中三个相互垂直的表面作为微分面，如果这三个微分面上的应力为已知，则该单元体任意方向上的应力分量都可以定出。这说是说，可以用质点在三个相互垂直的微分面上的应力完整地描述该质点的应力状态。
三个相互垂直微分面上的应力都可以按坐标轴的方向分成三个分量。三个应力分量中有一个是正应力分量另外两个则是剪应力分量
ABCD面叫x面，CDEF面叫y面，CFGB面叫z面。
每个应力分量的符号都带有两个下角标。第一个角标表示该应力分量的作用面，第二个角标则表示它的作用方向
xx xy xz y x yy yz zx zy zz x y z
στττστττσ--
--
--
作用在面上
作用在面上
作用在面上
按以上的规则，共需九个应力符号，三个正应力xx yy zz σσσ、、 六个剪应力 xy xz y x yz zx zy ττττττ、、、、、 它们统称为一点的应力分量。 对各应力分量的正负号按以下方法确定：在单元体上，外法线的指向与坐标轴的正向一致的微分面叫正面，反之称为负面。在正面上，应力分量指向坐标轴正向的取正号，指向负向的取负号。负面上的应力分量则相反，指向坐标轴负向的为正，反之为负。按此规定，正应力分量以拉为正，以压为负。、
1.3应力平衡微分方程
在外力作用下处于平衡状态的变形物体内，各点的应力分量是不同的，但是必须满足应力平衡方程式。下面讨论平衡微分方程用直角坐标系表示。
如果忽略体积力，则变形体内任意个体素必须满足以下六个静力平衡方程式：
Σx=0,Σy=0 ,Σz=0
ΣMx=0, ΣMy=0 , ΣMz=0
经整理则得以下方程组
1.4斜面上的应力
现假定，已知物体内任意一点的六个应力分量
可以证明，过此点所作的任意斜切面上的应力，皆可通过这六个应力分量求出。也就是说，当已知一点上述六个应力分量时，该点的应力状态即可完全确定
000,,yx x zx
xy y zy
yz xz z
xy yx yz zy zx xz
x y z x y z x y z
τσττστττσττττττ???++=??????++=??????++=???===,,,,,x y z xy yx yz zy xz zx
σσσττττττ===x x yx zx y xy y zy z xz yz z S l m n S l m n S l m n
στττστττσ=++=++=++
作用在斜面上的合力
全应力S 向斜面ABC 法线N 上投影，就是该面上的正应力σ，也等于全应力S 的各分量SX 、SY 、SZ 分别向N 方向的投影之和：
斜面上的剪应力τ
如果质点处在物体的边界上，斜面恰为物体的外表面，那么该面上作用的就是外力P ，它们在各坐标轴上的分量分别为P X 、P Y 、P Z
1.5主应力和应力图示
（1）主应力：没有剪应力的微分面称为过该点的主平面,主平面作用的正应力称为主应力。主平面的法线方向称为该点应力主方向或应力主轴。对应于任一点的应力状态，一定存在相互垂直的三个主方向、三个主平面和三个主应力。若选三个相互垂直的主方向作为坐标轴，那么可以使问题大为简化。三个主应力用σ1 、σ2 、σ3 表示，
（2）主应力图示：表示一点的主应力大小和方向的应力状态图示。主应力图示有九种。四个为三向主应力图，三个为平面主应力图，二个单向主应力图示如下图
2222
X Y Z S S S S =++x y z S l S m S n σ=++22S τσ=-
1.6 主变形和主变形图示
（1）主变形；主应力方向的变形 绝对主变形：
压下量
宽展量
延伸量
相对主变形： 相对压下量
相对宽展量
相对延伸量
真实相对主变形：
三个主变形间的关系：
12
1
V V H B L h b l h b l
H B L
=??=????=??
两边取对数：
123In
In In 0
0h b l H B L
δδδ++=++= 结论：①物体变形后其三个真实相对主变形之代数和等于零；
②当三个主变形同时存在时，则其中之一在数值上等于另外两个 主变形之和，且符号相反。123δδδ-=+
③当一个主变形为0时，其余两个主变形数值相等符号相反，即
13δδ-=+
延伸系数 压下系数 宽展系数
h H h b b B l l L
?=-?=-?=-123100%100%100%l L
L
b B B
H h H
εεε-=?-=?-=?123In In In l L
b B
h H
δδδ===l L H h b B
μηω=
=
=
变形图示：
在小立方体素的面上用箭头表示三个主变形是否存在和方向，但不表示变形大小的图示。变形图示有以下三种：
1.一向缩短两向伸长，如轧制和自由锻压。
2.一向伸长一向缩短，如轧制宽板带钢。
3.两向缩短一向伸长，如挤压和拉拔。
平均应力
1.7变形速度
变形速度：变形程度对时间的变化率，或者说是应变对时间的变化率。
一般用最大主变形方向的变形速度来表示各种变形过程的变形速度。 如轧制和锻压时用高向变形速度表示 锻压
轧制
拉伸
12
3
3m σσσσ++=1
d dt s εε?-=y
x
v h ε?=2ln y y v H h H v h H h εε-
?-
?
=
+=
-ε?
=
ln
y v l l L L ε-
?=-
1.8球应力分量与偏差应力分量
一般来说,物体的变形可以看作是体积变形和形状变形的总和.因此,一点的应力状态可分为两部分:
1.体积变化的应力分量,称之为球应力分量或静水压力分量.
2.物体几何形状变化的应力分量,称之为偏差应力分量.
球应力分量仅引起物体体积变化,偏差应力分量引起物体形状变化.
1.9应力与应变的关系
弹性变形时应力与应变的关系：由材料力学知,单向应力状态时的应力与应变关系是虎克定律,一般应力状态的各向同性材料,应力与应变关系服从广义虎克定律:
E ——弹性模量；
G ——剪切模量，
塑性变形时应力与应变的关系：
塑性变形时应力与应变之间关系是非线性的，不可恢复的，应力与应变之间没有一一对应关系，且与加载历史或应变路线有关。目前为止，所有描述塑性应力应变关系的理论可分为两大类：1 塑性变形时应力与应变增量之间的关系——增量理论；
2 塑性变形时全量应变和应力之间的关系——全量理论。 列维-米塞斯（Levy-Mises ）方程
应变增量和偏差应力分量成正比关系，即：
1231
()3m σσσσ=++,,x x m y y m z z m σσσσσσ
σσσ'''=-=-=-1[()]1[()]1[()]x x y z y y z x z z x y E E E εσνσσεσνσσεσνσσ=-+=-+=-+11
1
xy xy
yz yz
zx zx G G G
γτγτγτ===2(1)E
G ν=+y xy yz x zx z x
y
z
xy
yz
zx
d d d d d d d εγγεγ
ελσσστττ
======'''
塑性变形的全量理论：应力与应变全量之间的关系。
1
()21()21
()2x
x
y y
z z
G G G
ελσελσελσ''=+''=+'
'=+1
(
)21()21()2xy xy yz yz
zx zx
G G G
γλτγλτγλτ=+=+=+
2 金属塑性变形流动规律
2.1金属塑性变形时的体积不变条件
不论是冷加工或热加工,金属体积改变都是很小的,以致在塑性变形过程中可以忽略这些变化,而认为变形前后体积不发生变化.也变是说,金属塑性变形时,其变形前的体积V1和变形后的体积V2相等.这种关系称之为体积不变条件,用数学式表示为：
V 1=V 2
金属或合金在外力的作用下，首先产生弹性变形，然后产生塑性变形。金属在弹性变形过程中，除发生形状改变外，体积也要发生改变，但改变甚小。例如钢试样拉伸时，当应力为19.6×107Pa ，体积改变仅为0.04%左右。
金属塑性变形过程中体积也要发生一些改变，除弹性变形的存在外，还由于冷变形过程中晶粒破碎，亚结构的形成使金属密度减小，体积略有增加。实验证实其体积变化仅为0.1%∽0.2%。
以镦粗为例分析变形程度的各种表示形式及其物理概念 绝对主变形：
压下量
宽展量
延伸量 相对主变形： 相对压下量 相对宽展量
相对延伸量
真实变形程度：在变形过程中,如原始尺寸H 经过无穷多个中间数值变成h,则由H 到h 的终了变形程度可看作是各阶段相对变形的总和:
1
lim n
i
h x i i
h h ε→∞
=?=∑
真变形与一般的相对变形相比较具有以下特点:
1. 一般的相对变形表示方法不能确切地反映变形的实际情况,变形程度愈大,误差也愈大.
2. 真变形具有可加性,而一般相对变形无可加生
h H h b b B l l L
?=-?=-?=-1
2
3
100%100%100%l L L
b B
B
H h H
εεε-=?-=?-=?123In In In l L b B h H
δδδ===
3.真变形为可比变形,相对变形为不可比变形.
4.根据体积不变条件,轧制时变形前后的体积应相等.
5.真变形可以表示相对的位移体积.
2.2金属流动及最小阻力定律
2.2.1最小阻力定律
最小阻力定律认为:如果变形物体内各质点有向各个方向流动的可能,则变形物体内每个质点将沿力最小方向移动。
2.2.2均匀变形和不均匀变形
变形区内各金属质点处的变形状态相同,不仅是在变形区高度方向上,而且在横断面内的两个互相垂直方向上的变形都是均匀的，称为均匀变形。
均匀变形有如下特点：
1．变形前彼此平行的直线和平面，变形后仍保持平行；
2．变形前位于同一圆面上或球面上的各点，变形后仍落于同一椭圆面上或同一球面上。
要实现均匀变形状态必须满足以下条件；
1．变形物体的等向性；
2. 变形物体内任意质点处物理状态完全彻底均匀，特别是物体内任意质点处的温度相同，变形抗力相等；
3．接触表面任意质点承受相同的绝对和相对压下量；
4．整个变形物体同时处于工具的直接作用下；
5．接触表面上完全没有外摩擦或没有外摩擦引起的应力变化。
二、基本应力、附加应力、工作应力、残余应力
（1）基本应力
由外力作用所引起的应力叫做基本应力。
表示这种应力分布的图形叫基本应力图。
（2）附加应力
由于物体内各层的不均匀变形受到物体整体性的限制，而引起其间相互平衡的应力叫做附加应力。
3）工作应力
基本应力与附加应力的代数和即为工作应力。
1)当附加应力等于零时，则基本应力等于工作应力
2)当附加应力与基本应力同号时，则工作应力的绝对值大于基本应力的；
3)当附加应力与基本应力异号时，则工作应力的绝对值小于基本应力的。
（4）残余应力：塑性变形结束后附加应力仍残留在变形物体中时，这种应力即称之为残余应力。
图5-1在凸形轧辊上轧制矩形坯的情形
2.3变形及应力不均匀分布的原因和后果
2.3.1引起变形及应力不均匀分布的原因
引起变形及应力不均匀分布的原因主要有接触面上的外摩擦，变形区的几何形状和尺寸，工具和变形体的轮廓形状，变形物体的外端，变形体内温度不均匀分布、金属本身性质的不均匀：化学成分及性质不均等等。
下面分别讨论这些因素对变形及应力分布的影响。
2.3.1.1接触面的外摩擦
镦粗圆柱体时，由于接触表面外摩擦的影响，使接触表面附近变形金属流动困难，使圆柱体坯料转变成鼓形。在此种情况下，可将变形金属整个体积大致分为三个区域，图中
Ⅰ表示由于摩擦影响而产生的难变形区；
Ⅱ表示与外作用力约成45°的最有利方位的易变形区；
Ⅲ表示变形程度居于中间的自由变形区。
由于不均匀变形的结果，在Ⅰ区及Ⅲ区内产生附加拉应力，在Ⅰ区内的附加拉应力一般说来没有危险，因为在该区内主要是三向压应力状态图示。
在Ⅲ区由于附加拉应力作用，使应力状态图示发生了变化：环向（切向）出现拉应力，并且越靠近外层越大；径向压应力减弱，并且越靠近外层越小。镦粗有时在侧面出现裂纹，即为此环向拉应力作用的结果。
由于外摩擦的影响，也使接触表面上的应力分布不均匀；沿试样边部的应力等于金属的屈服点；由边缘向中心部分，应力逐渐升高。
2.3.1.2变形区的几何因素
在镦粗试件时：
当H/d≤2.0，即压缩低件时，将产生单鼓的不均匀变形；
当H/d＞2.0，即压缩高件时，将产生双鼓的不均匀变形。
2.3.1.3工件和工具的轮廓形状
加工工具和物体的轮廓形状，其影响实质是造成某方向上所经受的变形量不
一致，从而使物体内的变形与应力分布不均匀。
例1：椭圆孔型中轧制矩形件
例2：当轧辊轴线安装不平行时，若轧制窄扁钢，若轧制宽带钢时，会出现
图5-3 切向附加拉应力引起的纵裂纹图5-4 当镦粗高件时不同区域的变形分布情况
图5-2 镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响
什么现象？
例3：把一块矩形铅板两边向里弯折，然后在平辊上轧制。根据弯折部分的宽度不同轧后会出现什么结果？
第一种结果是中部出现破裂。
第二种结果是折迭部分宽度逐渐变小，使得中间受的拉应力减小，两边受的压应力增加，但拉应力未引起金属破裂，近似为等强度。
第三种结果是边缘部分产生皱纹（浪形）。
2.3.1.4变形体温度分布不均匀
例：在轧钢生产中，由于加热不足而造成钢坯的上面温度高，下面温度低现象。
2.3.1.5变形物体的外端的影响
变形物体的外端，是指在变形过程中某一瞬间不直接承受工具作用而处于变形区以外的部分。外端又称外区或刚端。
图5-7 边部在附加压应力作用下产生皱纹（浪形）示意图
图5-8 由于上部金属比下部金属延伸大而造成的弯曲现象
图5-5 沿孔型宽度上延伸分布图图5-6 中部周期性破裂
外端的强迫拉齐作用，使纵向变形不均匀性减小。横向变形不均匀性增加。矩形坯在平辊间轧制后，其长度上两端部分宽展特别大，且端部略为凸出。
2.3.1.5金属本身性质的不均匀
金属的化学成分、组织结构（晶粒大小、方位等）、夹杂物等分布不均匀时，都促使变形体内应力及变形分布不均匀。
2.3.2 变形及应力不均匀分布所引起的后果及克服措施
一、变形及应力不均匀分布的后果
（1）使单位变形力增大
（2）使塑性降低
（3）使产品质量降低
（4）工具磨损不均匀，操作技术复杂
二、减轻应力及变形不均匀分布的措施
（1）正确选定变形的温度-速度制度
（2）减少金属表面上的外摩擦
（3）合理设计加工工具形状
（4）尽可能保证变形金属的成分及组织均匀
2.4 残余应力
残余应力是变形物体由于变形分布不均匀产生附加应力，变形结束后残留在变形物中的内应力称之为残余应力。
一、残余应力所引起的后果
（1）使物体发生不均匀的塑性变形
（2）缩短了零件的使用寿命
（3）物体的尺寸、形状发生变化
（4）降低金属的机械性能和耐蚀性
二、减轻或消除残余应力的措施
（1）变形后进行热处理
（2）变形后进行机械处理
3 金属在塑性加工变形中组织性能的变化
课型：新课
教学目的与要求：
1、了解在冷加工、热加工、温加工变形中组织性能的变化
2、了解回复与再结晶
教学重点与难点：
冷加工、热加工、温加工变形中组织性能的变化
教学过程：
3.1 在冷加工变形中组织性能的变化
一、金属组织的变化
1、晶粒被拉长
在冷变形中，随着金属外形的改变，其内部晶粒的形状也大体上发生相应的变化，即均沿最大主变形方向被拉长、拉细或压扁，如图3-1。
在晶粒被拉长的同时，晶间夹杂物和第二相也跟着被拉长或拉碎呈点链状排列，这种组织称为纤维组织。变形程度越大，纤维组织越明显。由于纤维组织的存在，使变形金属的横向（垂直于延伸方向）机械性能降低，而呈现各向异性。
2、亚结构
亚结构是指金属经过冷变形后，其各个晶粒被分割成许多单个的小区域，如图3-2。
图2-1 冷轧前后晶粒形状变化
（a）变形前的退火状态组织；（b）变形后的冷轧变形组织图3-2 塑性变形时的亚结构
3、变形织构
（1）定义：由原来位向紊乱的晶粒到出现有序化，并有严格位向关系的组织结构，称为变形织构。
（2）种类：
按照坯料或产品的外形可分为丝织构和板织构。
1）丝织构
在拉拔和挤压条件下形成的织构称为丝织构。
特点：各晶粒有一共同晶向相互平行，并与拉伸轴线一致，以此晶向来表示丝织构。如图3-3所示。
2）板织构
在轧制过程中形成的织构称为板织构。
特点：晶面与轧制面平行，晶向又与轧制方向一致（见图3-3）。
（a）（b）
图3-3 多晶体晶粒的排列情况
（a）晶粒的紊乱排列；（b）晶粒的整齐排列
二、金属性能的变化
1.机械性能的改变
金属的变形抗力指标随变形程度的增加而升高，金属的塑性指标随变形程度的增加而降低。
2、物理及物理-化学性质的变化
（1）金属的密度降低
（2）金属的导电性降低（或电阻增大）
（3）导热性降低
（4）化学稳定性降低
（5）金属与合金经冷变形后所出现的纤维组织及结构，皆会使变形后的金属与合金产生各向异性，即材料的不同方向上具有不同的性能。
3.2 在热加工变形中对组织与性能的影响
一、热加工的变形特点
在一定的条件下，热加工变形较其冷加工方法，具有一系列的优点：
（1）变形抗力低
（2）塑性升高，产生断裂的倾向性减少
（3）不易产生织构
（4）生产周期短
地基基础工程事故分析与处理
地基基础工程事故分析与处理 【摘要】在我国建设工程房屋建筑工程中，随着我国经济建设的发展，全国各地都在兴建各类工厂企业、商业大厦、宾馆饭店、多层与高层住宅等建筑工程。然而在建筑的同时许多建筑在后期却出现质量的问题，基础工程是房屋的的根本，一旦基础出现问题将会导致墙体出现不均匀沉降严重视时楼体将会发生倒塌。本文分析了地基基础工程事故发生的一些因素及原因，提出了相应的防止办法，同时列举了实例加以说明。 【关键词】地基基础；工程事故；地基变形；处理方法 随着我国经济建设的发展，各种现代化的建筑如雨后春笋般出现，确保和提高建筑工程质量就显得尤为重要。而在建筑物使用过程中，由于基础问题最常见的是基础的不均匀沉降从而导致建筑物倾斜、墙体和楼盖的开裂、影响使用和建筑物的耐久性、有碍观看并使人有不安全的则屡见不鲜。在建筑结构的设计和施工过程中，基础工程是房屋建筑工程的关键，一切工程事故的发生可以说是基础工程在勘察的过程中，往往因为勘察不到位勘察未进行到持力层部位，从而设计图纸导致基础无法支撑主体结构造成工程事故。 国内外建筑工程事故调查表明多数工程事故源于地基问题，如若建筑场地地基不能满足建筑物对地基的要求，造成地基基础工程事故，地基基础工程事故发生可能是因勘测、设计、构造、制造、安装与使用等因素相互作用引起的。而这些因素中。某些因素引起突发事故。另一些因素可能导致消耗性逐渐发生的事故，从安全上讲，突发事故是危险的。所以，研究并探讨地基基础工程事故发生的原因，更具有普遍性、地方性和经验性，对每一个事故分析后得到的经验，并采取有效的防治措施，是我们值得重视的问题。 1、建筑物对地基的要求 1﹒1地基承载力或稳定性问题 地基承载力或稳定性问题是指地基在建（构）筑物荷载（包括静、动荷载的各种组合）作用下能否保持稳定。若地基承载力不能满足要求，在建（构）筑物荷载作用下，地基将会产生局部或整体剪切破坏，影响建（构）筑物的安全与正常使用，甚至造成建（构）筑物的破坏。天然地基承载力的高低主要与土的抗剪强度有关，也与基础形式、大小和埋深有关。边坡稳定也属于这类问题。 1﹒2沉降、水平位移及不均匀沉降问题 在建（构）筑物的荷载（包括静、动荷载的各种组合）作用下，地基将产生沉降、水平位移以及不均匀沉降。若地基变形（沉降、水平位移、不均匀沉降）超过允许值，将会影响建（构）筑物的安全与正常使用，严重的将造成建（构）
金属塑性变形理论习题集
《金属塑性变形理论》习题集张国滨张贵杰编 河北理工大学 金属材料与加工工程系 2005年10月
前言 前言 《金属塑性变形理论》是关于金属塑性加工学科的基础理论课，也是“金属材料工程”专业大学本科生的主干课程，同时也是报考金属塑性加工专业方向硕士研究生的必考科目。 《金属塑性变形理论》总学时为100，内容上分为两部分，即“塑性加工力学”（60学时）和“塑性加工金属学”（40学时）。为增强学生的社会适应能力和拓宽就业渠道，在加强基础、淡化专业的今天，本课程的学时数不但没有减少还略有增加（原88学时），更加突出了本课程对学科的发展以及在学生素质的培养中所占有的重要地位。 为使学生能够学好本课，以奠定扎实的理论基础，提高分析问题和解决问题的能力，编者集20余年的教学经验特编制本习题集，一方面作为学生在学习本课程时的辅导材料，供课下消化课堂内容时使用，另一方面也可供任课教师在授课时参考，此外对报考研究生的学生还具有指导复习的作用。 本“习题集”在编写时，充分考虑了学科内容的系统性、学生学习的连贯性以及与教材顺序的一致性。该“习题集”中具有前后关联的一个个题目，带有由浅入深的启发性，能够引导学生将所学的知识不断深化。教师也可根据教学进程从中选题，作为课外作业指导学生进行练习。所有这些都会有助于学生理解和消化课堂上所学习的内容，从而提高课下的学习效率。 编者 2005年10月
第一部分：塑性加工力学 第一章 应力状态分析 1． 金属塑性加工中的外力有哪几种？其意义如何？ 2． 为什么应力分量的表达需用双下标？每个下标都表示何物理意义？ 3． 已知应力状态如图1-1所示，写出应力分量，并以张量形式表示。 4． 已知应力状态的六个分量7-=x σ，4-=xy τ，0=y σ，4=yz τ， 8-=zx τ，15-=z σ(MPa)，画出应力状态图，写出应力张量。 5． 作出单向拉伸、单向压缩、三向等值压缩、平面应力、平面应变、 纯剪切应力状态的应力Mehr 圆。 6． 已知应力状态如图1-2所示，当斜面法线方向与三个坐标轴夹角余弦 31===n m l 时，求该斜面上的全应力S 、全应力在坐标轴上的分量x S 、y S 、z S 及斜面上的法线应力n σ和切应力n τ。 图 1-1
隧道坍塌事故常见原因
新奥法支护结构设计原则对隧道塌方原因进行了分析，认为未能充分利用新奥法原理指导施工，或所采取的施工方法不当，以及施工过程的不规范行为是造成隧道塌方的主要原因.并以大山塘隧道的塌方处理方案为例，运用平衡拱理论，指导和制定塌方处理方案，对同类围岩隧道施工具有一定的借鉴意义新奥法在隧道工程中的成功应用，当前已被我国作为隧道结构设计和施工的重要方法.虽然锚喷支护的应用为隧道大面积开挖施工创造了有利条件，隧道施工进度也大大加快了，然而已施工锚喷支护的隧道发生塌方的事故仍经常发生，其原因主要是存在不良的地质及水文地质条件，设计考虑不周，采取的施工方法和措施不当所造成： 1 隧道塌方的原因分析 1.1 对新奥法理论认识不足 现阶段隧道的开挖都以新奥法理论为指导，但在实际施工中，常存在未能按规定进行量测，或信息反馈不及时，导致决策失误，措施不力而造成塌方的现象. 所谓新奥法1，其基本要点是: (1)开挖作业宜采用对围岩扰动较少的控制爆破技术和较少的开挖步骤，避免过度破坏岩体的稳定; (2)隧道的开挖应尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩自身的支护作用; (3)根据围岩特征，采用不同的支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性支护如钢拱架，喷射混凝土和锚杆等，以控制围岩的变形和松弛; (4)在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定性; (5)二次衬砌原则上是在围岩和初期支护变形基本稳定的条件下修筑，使围岩和支护结构形成一个整体，从而提高了支护体系的安全度; (6)尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中; (7)通过施工中对围岩和支护结构的动态观测，合理安排施工程序，修正不合理的设计和进行日常施工管理[1]. 分析隧道塌方也即分析已支护围岩受破坏的原因，就必须理解新奥法支护结构设计原理，新奥法支护结构设计原则为: (1)隧道围岩形成塑性滑移楔体，造成支护结构的剪力破坏; (2)支护结构与围岩粘结紧密，两者共同工作，形成无弯矩结构; (3)由锚杆，钢支撑，喷砼等所提供的支护抗力，应与塑性滑移楔体的滑移力相平衡[2]. 从(2)可知，锚喷支护结构要成为无弯矩结构，其前提是支护结构与围岩二者共同工作，二者须粘结紧密，而实际施工中往往因为超挖严重而进行回填，这样支护结构就不能有效地与围岩粘结紧密或因为围岩表面光滑喷砼也无法有效与围岩粘结紧密，由于上述原因，锚喷支护结构违背设计原则，存在塌方隐患;从(3)可知围岩在施工锚喷支护后不断收敛而最终趋于稳定的前提是支护抗力大于或等于滑移力.如果设计支护抗力小于滑移力或由于施工方法不当造成支护抗力小于滑移力皆可导致塌方。 .2 采用施工方法和措施不当 施工中经常存在:施工方法与地质条件不相适应，地质条件发生变化，没有及时改变施工方法;施工支护不及时;地层暴露过久，引起围岩松动，风化;忽略了围岩的变形规律，围岩的变形同时具有连续变形和突然变形的特征.当开挖距离小于D(D为隧道开挖宽度)时，围岩两端由于受到二次衬砌砼和开挖掌子面支撑的约束作用，连续变形很小，主要是爆破后的受震动影响的突然变形，而且在这
建筑物沉降变形事故应急救援预案
建筑物沉降变形事故应急救援预案 （一）事故类型和危害程度分析 1、事故类型：地面沉陷导致建筑物沉降变形事故 本工程施工发生的坍塌事故，主要在盾构掘进过程中可能会发生坍塌事故。 2、事故原因分析： (1)、发生地面沉陷的主要原因是地下水流失，掌子面使稳。（水指地层水、地表水、各种市政水管漏水）。 (2)、因施工方法不当或其它原因造成的沉降变形。 (3)、技术人员和现场操作人员违章作业，未按工程设计和技术交底进行施工造成。 3、危害程度： 地面沉陷事故造成地表建筑物坍塌倾斜，影响城市交通和居民正常生活，社会影响极大。 （二）应急处置基本原则 坚持统一领导，统一指挥，紧急处置，快速反应，分级负责，协调一致的原则，做到局部利益服从整体利益，关爱
生命高于一切，确保施工过程中一旦出现重大事故，能够迅速、快捷、有效启动应急预案。 （三）应急指挥机构及职责 建筑物沉降变形事故应急救援领导小组由总预案中应急救援领导小组人员组成。 在总预案的基础上设置地面建筑物沉降事故应急组织机构，下设应技术支持组、急物资设备组、保卫组和突击队，各职责和总预案中的职责相同。 （四）应急处置 1、响应级别 同总预案一致分为三级 一级——预警，最低应急级别，地面沉陷轻微，地表建筑物基本不受影响，由现场工程师根据实际情况，提出处理方案，经工区总工程师批准，由施工作业班组实施。 二级——现场应急，地表发生小面积（工区界限内）沉陷，地表建筑物有可能在短期内发生倾斜。启动预案，由技术支持组提出处理方案，应急指挥部批准实施。如果不能或
不能立即控制事故，需要及时联系外部援助（如消防、医疗单位的援助）。 三级——全体应急，这是最严重的紧急情况，表明地表沉陷事故已扩散到工区外。地面建筑物已发生倾斜，应立即启动应急预案，全部人员根据具体分工进入抢险应急工作状态。 2、响应程序 在施工过程中，如根据监测数据反映建筑物沉降值过大，超过允许范围或者建筑物内部出现裂缝等异常情况，则测量监测组必须立即将监测数据和建筑物调查情况反映项目经理和总工。同时由总工程师进行原因分析，根据建筑物的结构形式确定危险等级，立即启动相应的应急方案，控制沉降，同时由应急测量监测组提高监测频率。 3、处置措施 ⑴建筑物变形超过警戒值但建筑物结构未发生异常情况 ①立即由总工分析原因，造成沉降原因是注浆不饱满还
塑性变形理论
第2章 金属塑性变形的物性方程 物性方程又称本构方程，是εσ-关系的数学表达形式。弹性变形阶段有广义Hooke 定律，而塑性变形则较为复杂。在单向受力状态下，可由实验测定εσ-曲线来确定塑性本构关系。但在复杂受力情况下实验测定困难，因此只能在一定的实验结果基础上，通过假设、推理，建立塑性本构方程。为了建立塑性本构方程，首先需弄清楚塑性变形的开始条件——屈服，以及进入塑性变形后的加载路径等问题。 §2.1 金属塑性变形过程和力学特点 2.1.1 变形过程与特点 以单向拉伸为例说明塑性变形过程与特 点，如图2-1所示。金属变形分为弹性、均匀 塑性变形、破裂三个阶段。塑性力学视s σ为 弹塑性变形的分界点。当s σσ<时，σ与ε存 在统一的关系，即εσE =。 当s σσ≥以后，变形视作塑性阶段。 εσ-是非线性关系。当应力达到b σ之后， 变形转为不均匀塑性变形，呈不稳定状态。b σ点的力学条件为0d =σ或d P =0。经短暂的不 稳定变形，试样以断裂告终。 若在均匀塑性变形阶段出现卸载现象，一 部分变形得以恢复，另一部分则成为永久变形。卸载阶段εσ-呈线性关系。这说明了塑性变形时，弹性变形依然存在。弹塑性共存与加载卸载过程不同的εσ-关系是塑性变形的两个基本特征。 由于加载、卸载规律不同，导致εσ-关系不唯一。只有知道变形历史，才能得到一一对应的εσ-关系，即塑性变形与变形历史或路径有关。这是第3个重要特征。 事实上，s σσ>以后的点都可以看成是重新加载时的屈服点。以g 点为例，若卸载则εσ-关系为弹性。卸载后再加载，只要g σσ<点，εσ-关系仍为弹性。一旦超过g 点，εσ-呈非线性关系，即g 点也是弹塑性变形的交界点，视作继续屈服点。一般有s g σσ>，这一现象为硬化或强化，是塑性变形的第4个显著特点。 在简单压缩下，忽略摩擦影响，得到的压缩s σ与拉伸s σ基本相同。但是若将拉伸屈服后的试样经卸载并反向加载至屈服，反向屈服一般低于初始屈服。同理，先压后拉也有类似现象。这种正向变形强化导致后继反向变形软化的现象称作Bauschinger 效应。这是金属微观组织变化所致。一般塑性理论分析不考虑Bauschinger 效应。 Bridgman 等人在不同的静水压力容器中做单向拉伸试验。结果表明： 静水压力只引起图2-1 应力应变曲线
金属塑性成型原理
第一章 1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？ 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序； 成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。 2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。
地基基础事故分析与处理案例分析
地基基础质量事故分析与处理案例 案例1 1 工程概述 北京百盛大厦二期工程，基坑深15米，采用桩锚支护，钢筋混泥土灌注桩直径为800mm，桩顶标高—3.0m，桩顶设一道钢筋混泥土圈梁，圈梁上做3m高的挡土砖墙，并加钢筋混泥土结构柱。在圈梁下2m处设置一层锚杆，用钢腰梁将锚杆固定，其实锚杆长20m，角度15度到18度，锚筋为钢绞线。 该场地地质情况从上到下依次为：杂填土，粉质粘土，粘质粉土，粉细砂，中粗砂，石层等。地下水分为上层滞水和承压水两种。 基坑开挖完毕后，进行底版施工。一夜的大雨，基坑西南角30余根支护桩折断坍塌，圈梁拉断，锚杆失效拔出，砖护墙倒塌，大量土方涌入基坑。西侧基坑周围地面也出现大小不等的裂缝。 2 事故分析 锚杆设计的角度偏小，锚固段大部分位于粘性土层中，使得锚固力较小，后经验算，发现锚杆的安全储备不足。 持续的大雨使地基土的含水量剧增，粘性土体的内摩擦角和粘聚力大大降低，导致支护桩的主动土压力增加。同时沿地裂缝（甚至于空洞）渗入土体中的雨水，使锚杆锚固端的摩阻力大大降低，锚固力减小。 基坑西南角挡土墙后滞留着一个老方洞，大量的雨水从此窜入，对该处的支护桩产生较大的侧压力，并且冲刷锚杆，使锚杆失效。 3 事故处理 事故发生后，施工单位对西侧桩后出现裂缝的地段紧急用工字钢斜撑支护的圈梁，阻止其继续变形。西南角塌方地带，从上到下进行人工清理，一边清理边用土钉墙进行加固。 案例2 1 工程概况 某渔委商住楼为322层钢筋混凝土框筒结构大楼，一层地下室，总面积23150平方米。基坑最深出（电梯井）-6.35M
该大楼位于珠海市香洲区主干道凤凰路与乐园路交叉口，西北两面临街，南面与市粮食局5层办公楼相距3～4M，东面为渔民住宅，距离大海200M。 地质情况大致为：地表下第一层为填土，厚2M；第而层为海砂沉积层，厚7M；第三层为密实中粗砂，厚10M；第四层为黏土，厚6M；-25以下为起伏岩层。地下水与海水相通，水位为-2.0M，砂层渗透系数为K=～51.3m/d。 2 基坑设计与施工 基坑采用直径480MM的振动灌注桩支护，桩长9M，桩距800MM，当支护桩施工至粮食局办公楼附近时，大楼的伸缩缝扩大，外装修马赛克局部被振落，因此在粮食局办公楼前作5排直径为500MM的深层搅拌桩兼作基坑支护体与止水帷幕，其余区段在震动灌注桩外侧作3排深层搅拌桩*（桩长11～13M，相互搭接50～100MM），以形成止水帷幕。基坑的支护桩和止水桩施工完毕后，开始机械开挖，当局部挖至-4M时，基坑内涌水涌砂，坑外土体下陷，危及附近建筑物及城市干道的安全，无法继续施工，只好回填基坑，等待处理。 3 事故分析 止水桩施工质量差是造成基坑涌水涌砂的主要原因。基坑开挖后发现，深层搅拌止水桩垂直度偏差过大，一些桩根本没有相互搭接，桩间形成缝隙、甚至为空洞。坑内降水时，地下水在坑内外压差作用下，穿透层层桩间空隙进入基坑，造成基坑外围水土流失，地面塌陷，威胁临近的建筑物和道路。另外，深层搅拌桩相互搭接仅50MM，在桩长13M的范围内，很难保证相临的完全咬合。 从以上分析可见，由于深层搅拌桩相互搭接量过小，施工设备的垂直度掌握不好，致使相临体不能完全弥合成为一个完整的防水体，所以即使基坑周边作了多排（3～5排）搅拌，也没有解决好止水的问题，造成不必要的经济损失。 4 事故处理 采用压力注浆堵塞桩间较小的缝隙，用棉絮包海带堵塞桩间小洞。用砂白为堰堵砂，导管引水，局部用灌注混凝土的方法堵塞桩间大洞。 在搅拌桩和灌注桩桩顶做一到钢筋混凝土圈梁，增加支护结构整体性。 在基坑外围挖宽0.8M、深2.0M的渗水槽至海砂层，槽内填碎石，在基坑降水的同时，向渗水槽回灌，控制基坑外围地下水位。
塑性变形的力学原理
塑性变形的力学原理 element of mechanics of plasticity 从认定塑性变形体为均质连续体出发，依据宏观的实验结果，研究变形体内的应力、应变以及它们和变形温度、速度等条件之间的关系（见金属塑性变形）。 应力-应变曲线在材料试验中，常用圆棒受拉,短柱受压,薄壁管受扭转,以测定负载和变形的关系；然后分别算出单位面积上的负载（称为应力,常用ζ表示）和单位长度的变形（称为应变,常用ε表示）。材料的ζ和ε间的对应关系称为应力-应变曲线（ζ-ε曲线）。最常用的试验是试样受拉时，由原始长 度l0增加到l,常称比值为工程应变或应变,而称自然对数值l n (l/l )为对数应 变或真应变。若在外力P的作用下,受拉试样由原始截面积A 减小到每一瞬间的 值A，则称比值P/A 为习惯应力，P/A为真应力。常见的延性金属的应力-应变曲线，按有无明显的屈服点，分为两类（见金属力学性能的表征）。 对于小变形量,用工程应力-应变曲线即可；而对于大变形量,需用真应力-应变曲线。在一次受拉试验中,我们可以得到材料的特征性的ζ-ε曲线，此外,还可以得到材料的屈服应力(ζs)、断裂应力(ζb)、截面收缩率(ψ%)、延伸率即伸长率(δ％)和弹性模量(E)等特性指标。 常用ζs作为材料塑性变形时的抗力,ψ％和δ％为其承受塑性变形的能力（塑性指标）。但对塑性加工而言，由于变形量大、变形条件复杂，所以上述指标值不能直接应用，而只能表示某个可以单独测定的条件（如温度、变形速率等）对变形抗力和塑性指标的影响。因此我们常用ζ0来表示材料在简单应力状态条件下的变形抗力，用ζ表示在某个复杂条件下的变形抗力;在高变形速率的实验 中，由于ζ s 和ζ b 难于分别测定,所以有时也用ζb的变化来代表变形抗力的变 化。 塑性加工总是在复杂的应力状态条件下实现的。早在1911年卡门(T.von Karman)就用实验证明在高流体静压力下，通常认为是“脆性的”花岗岩可以有相当大的塑性变形。但是从一个简单的试验结果出发来定量地描述各种加工条件下的塑性指标，是很困难的；因而必须用接近于加工条件的方式进行实测，测得的数值称为塑性加工性指标（见金属塑性加工）。我们用塑性变形条件来计算应力状态条件对于变形抗力的影响。 复杂应力下的塑性变形有两个论题：如何用最简化的数学语言叙述复杂应力状态？在这样的背景下如何叙述进入塑性变形状态的条件？ 应力状态条件取均质连续体内一点（或不考虑力分布的单元体）作受力分析的对象，则可证明存在着一组唯一的三维直角坐标系，不论外部的作用力如何分布，在此系内沿坐标面在单元体上的切应力为零。此坐标系称为主坐标系，垂直于坐标面的正应力称为主应力，常用ζ1、ζ2、ζ3表示。这样,任何复杂的
坍塌事故案例分析
坍塌事故案例分析 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
（一）事故经过 1、某师大图书馆附楼坍塌事故 2004年08月16日上午8时30分左右，某局三公司开始用泵送混凝土浇捣附楼报告厅屋面，该屋面轴线面积为294.8平方米（25.2米×38.39英尺），高度为17.65米，模板支撑系统为扣件式钢管满堂模板支架。于20时40分全部浇捣结束。屋面留3人对混凝土表面进行收光，木工班组长在补插钢筋，21时20分左右，模板支撑系统突然整体坍塌，4名工人随之坠落。木工班组长经抢救无效死亡。（图片） 1、2004年08月16日，某师大图书馆附楼坍塌事故 （1）直接原因 1）模板支持系统钢管支架水平和竖向剪刀撑设置严重不足； 2）经省中心检验所检测，扣件（旋转、垂直）抗滑和抗破坏性能不合格，钢管壁厚普遍偏薄。 （2）间接原因 1）公司安全生产责任制落实不到位，对施工现场安全监督检查不力； 2）公司未组织专家进行专项施工方案审查，模板支撑体系专项施工方案没有结合工程实际编制，针对性不强，违反现行有关规定和标准规范要求； 3）公司技术负责人审批把关不严，项目经理、施工员、安全员未认真履行岗位职责；
4）监理单位福建某监理公司未认真履行监理职责，对现场存在安全隐患督促整改不力。 2、三明梅列区某桥坍塌事故 2005年12月14日三明梅列区某桥在施工中整体坍塌，造成6人死亡。该项目由三明市梅列区列西街道列西村龙泉寺寺务委员会集资建设，三明市交通规划设计院设计，中国航空港建设总公司总承包部直属工程处施工（合同承包单位），福建新东南工程建设监理有限公司监理。该桥是三钢到龙泉山村通往龙泉寺的一座石拱桥，桥长70.68米，拱高度20.82米，桥上部结构为单拱（跨径40米），下部结构为明挖扩大基础，U型桥台，桥面宽7.5米，造价96万元，属大桥类。（图片）2．2005年12月14日，三明梅列区某桥坍塌事故 （1）直接原因 1）拱架存在的主要问题：拱架没有按规定设计计算、拱架稳定性差、拱架立柱基础未按有关规定安装、模板及木脚手架支撑体系搭设存在重大隐患。 2）施工过程存在的主要问题：该桥主拱圈砌筑程序未按涉及文件的规定进行、主拱圈砌筑过程中未按照有关规定对拱圈进行拱架施工变形观测、未按桥梁规程和设计要求进行施工砌筑。 （2）间接原因 1）施工现场安全管理失控，项目经理和监理人员从未到过现场，施工单位未编制模板及脚手架安全专项施工方案； 2）建设单位违规发包工程；
金属塑性变形与断裂
金属塑性变形与断裂集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
金属材料塑性变形与断裂的关系 摘要：金属的断裂是指金属材料在变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态。材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部变形量超过一定限度时，原于间结合力遭受破坏，使其出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。任何断裂都是由裂纹形成和裂纹扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。 关键词：塑性变形解理断裂准解理断裂沿晶断裂冷脆疲劳应力腐蚀 氢脆高温断裂 一、解理断裂与塑变的关系 解理断裂在主应力作用下，材料由于原子键的破断而产生的沿着某一晶面的快速破断过程。解理断裂的的产生条件是位错滑移必须遇到阻力，且位错滑移聚集到一定程度。断裂面沿一定的晶面发生，这个平面叫做解理面。解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。形成过程有两种方式：通过解理裂纹与螺型位错相交形成；通过二次解理或撕裂形成。 第一种，当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个台阶，裂纹继续向前扩展，与许多螺型位错相交便形成众多台阶，他们沿裂纹前端滑动而相互交汇，同号台阶相互汇合长大，异号台阶相互抵消，当汇合台阶足够大的时候便在电镜下观察为河流状花样。
第二种，二次解理是指在解理裂纹扩展的两个互相平行解理面间距较小时产生的，但若解理裂纹的上下两个面间距远大于一个原子间距时，两解理裂纹之间的金属会产生较大的塑性变形，结果由于塑性撕裂而形成台阶，称为撕裂棱晶界。舌状花样是由于解理裂纹沿孪晶界扩散留下的舌头状凹坑或凸台。 从宏观上看，解理断裂没有塑性变形，但从微观上看解理裂纹是以塑性变形为先导的，尽管变形量很小。解理断裂是塑性变形严重受阻，应力集中非常严重的一种断裂。 二、准解理断裂与塑变的关系 准解理断裂介于解理断裂和韧窝断裂之间，它是两种机制的混合。产生原因： （1）、从材料方面考虑，必为淬火加低温回火的组织，回火温度低，易产生此类断裂。 （2）、构件的工作温度与钢材的脆性转折温度基本相同。 （3）、构件的薄弱环节处处于平面应变状态。 （4）、材料的尺寸比较粗大。 （5）、回火马氏体组织的缺陷，如碳化物在回火时的定向析出。 准解理断裂往往开始是因为碳化物，析出物或者夹杂物在外力作用下产生裂纹，然后沿某一晶面解理扩展，之后以塑性变形方式撕裂，其断裂面上显现有较大的塑性变形，特征是断口上存在由于几个地方的小裂纹分别扩展相遇发生塑性撕裂而形成的撕裂岭。准解理断裂面不是一
房屋地基基础变形事故原因分析及处理
第25卷第2期 河北建筑工程学院学报 Vol.25No.2 2007年6月JOURNAL OF HE BE I I N STI T UTE OF ARCH I TECT URE AND C I V I L E NGI N EER I N G June2007 房屋地基基础变形事故原因分析及处理 赵玉良 燕山大学校园建设管理处 摘 要 地基基础变形事故一般包括沉陷变形、倾斜变形和开裂变形三种.地基变形事故多 数与地基因素有关,其原因往往是综合性的,必须从勘测、地基处理、设计、施工等方面综合分 析,综合治理. 关键词 房屋地基;基础变形;分析处理 中图号 T U4 基础的变形事故一般包括沉陷变形、倾斜变形和开裂变形三种.沉陷变形又分为较大的均匀沉降变形及不均匀沉降变形,它主要是由于地基土在上部结构荷载作用下产生的压缩变形.倾斜变形与沉陷变形有关,它主要是由于地基土产生较大的不均匀沉降而使基础或者建筑物产生超过规范规定值的垂直偏差.开裂变形是由于地基沉降差值较大,地基发生局部塌陷,或者是由于地基冻胀、浸水、地下水位的变化以及相邻建筑物的的影响,使基础产生较宽的裂缝而造成的变形. 房屋基础变形事故多数与地基因素有关,其原因往往是综合性的,必须从勘测、地基处理、设计、施工及使用的方面综合分析.具体的说,造成基础变形的事故的原因有以下几类. (1)地基勘测上的问题.即地基勘测资料不足、不准或勘测深度不够,勘测资料有误;或者根本没有进行地质勘测就盲目进行设计和施工;或者虽进行了地质勘测,但提供的地基承载能力太高,导致地基剪切破坏形成倾斜;土坡失稳导致地基破坏,造成基础倾斜. (2)地下水位条件变化.在施工过程中,为了便于基础的开挖和混凝土的浇捣养护,采用人工降低地下水位,使得在水位下降范围内土的重度由有效重度增大至天然重度,这样就相当于在地基中施加了大面积的荷载,导致地基产生不均匀沉降变形.再者,地基浸水或者地表水渗漏入地基后引起的附加沉降,以及基坑长期泡水后承载能力下降,均会产生不均匀下沉而形成倾斜.当建筑物投入使用后,因大量抽取地下水而造成局部漏斗状缺水区,使得建筑物向漏斗中心倾斜,造成建筑物发生倾斜变形. (3)设计问题.由于地基土质不均匀,其物理力学性能相差较大,或者地基土层厚薄不均匀,压缩变形差大,而建筑物基础又没有采取必要的构造措施,从而使得基础因过大沉降或不均匀沉降而发生挠曲变形.对于软土、膨胀土、冻土或湿陷性黄土地基,由于建筑或结构措施设计不力,造成基础产生过大沉降而变形.建筑体形复杂、上部结构荷载差异较大的建筑物没有按照有关的规范设置构造措施,将会导致基础不均匀下沉.对于筏板基础的建筑物,当地面标高差很大时,基础室外两侧回填土厚度相差过大,则会增加地板的附加偏心荷载;或者建筑物上部结构荷载重心与基础底板形心的偏心距过大,加剧了偏心荷载的影响.正是这些偏心荷载的影响,将会增大基础的不均匀沉降,如设计过程中处理不当,将会造成基础变形事故的发生.此外,建筑物整体刚度差,对地基不均匀沉降敏感,或者在对同一建筑物下的地基加固时采用了长度相差较大的挤密桩等,也会导致基础发生过大的变形而造成事故. (4)施工问题.施工方面大的问题主要有:一是施工顺序及方法不当,例如建筑物各部分施工先后顺序发生紊乱,或者在已有建筑物或基础底板基坑附近,大量堆放被置换的土方或建筑材料,造成建筑物下沉或倾斜;二是施工时扰动或破坏了地基持力层土体的原有结构,使其抗剪强度降低达不到原设计要求,导致地基承载力不足基础下沉;再者在桩基础施工过程中,没有按照正确地打桩顺序进行施工,相邻桩施工间歇时间过短以及打桩质量控制质量不严等原因,会造成桩基础倾斜或产生过大的沉降;此 收稿日期:2007-03-30 作者简介:男,1969年生,助理工程师,秦皇岛市,066004
模板坍塌事故原因分析
建筑施工模板支架坍塌事故的解析和预防 参加单位： 承德长城建设集团有限公司 承德兴承建筑工程有限公司 承德永旺建筑工程有限公司 承德华谊市政工程公司 承德利承建筑工程公司及外阜企业 建设单位负责人、施工单位负责人、安全副经理、在建工程项目经理、总监 河北省安全生产专家：于继光、张久国、杨广军、杨顺利、刘国升。 依据：全国发生的安全生产事故为依据（案例为网上查询现场视频和幻灯片） 具体内容如下： 杨广军同志针对设计方面分析了具体原因 荷载计算不科学 框架模板的设计，首先应根据工地的具体条件、材料质量标准、工人技术等情况来决定模板的结构形式，然后
再进行必要的设计计算，使之在现实的基础上，力求做到既经济合理，又具有一定的先进性。此外，不同构件在设计时，考虑的重点应该有所不同。定型模板、梁模板、主次楞木等主要考虑抗弯强度及挠度；对于支撑柱，主要考虑受压稳定性；对于桁架式楞梁，还应考虑上弦杆的抗弯、抗压能力。对于木构件，在支座处还应考虑抗剪及承压等问题。 从目前现场编制的施工方案来看，在设计计算方面主要存在以下问题：荷载计算有误；荷载组合未按最不利原则考虑；对泵送混凝土引起的动力荷载在设计计算中估计不足等，均造成模板支撑体系的安全度大幅度下降。 于继光同志就技术规范不执行分析了原因 模板支撑体系适用的规范和文件主要有：《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）、《建筑施工模板安全技术规范》（JGJ162-2008）、《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》。特别是《建筑施工模板安全技术规范》和《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》明确了模板支撑体系的荷载计算和构造设施要求及验收管理等有关规定，但施工单位在方案编制及实际施工过程中均未严格贯彻执行。如对高大模板支撑系统的地基承载力、沉降等应能满足方案设计要求，根据具体情况做相应处理：地基土层宜置于原土层上，不宜置放于填土层或软弱地基上；当遇到有松软土层时，应将松软地基土挖除0.3～0.5m厚深，采用砾砂或三合土填筑夯实，夯平整
《材料成型基本原理》刘全坤版塑性部分课后答案
字号：[ 放大、标准] 塑性成形： 是利用金属的塑性，在外力作用下使金属发生塑性变形，从而获得所需形状和性能的工件的一种加工方法，因此又称为塑性加工或压力加工。 塑性： 是指金属材料在外力作用下发生变形而不破坏其完整性的能力。 与其他加工方法相比，金属塑性成形有如下优点： （1）生产效率高，适用于大批量生产 （2）改善了金属的组织和结构 （3）材料利用率高 （4）尺寸精度高 根据加工时金属受力和变形特点的不同，塑性成形可分为体积成形和板料成形两大类。前者的典型加工方法有锻造、轧制、挤压和拉拔等；后者则有冲裁、弯曲、拉延和成型等。
虽然塑性成形方法多种多样，且具有各自的个性特点，但他们都涉及一些共同性的问题，主要有： （1）塑性变形的物理本质和机理； （2）塑性变形过程中金属的塑性行为、抗力行为和组织性能的变化规律； （3）变形体内部的应力、应变分布和质点流动规律； （4）所需变形力和变形功的合理评估等。 研究和掌握这些共性问题，对于保证塑性加工的顺利进行和推动工艺的进步均具有重要的理论指导意义，本章将环绕这些方面作简要介绍，以为读者学习各种塑性成形技术奠定理论基础。 三、塑性变形成形理论的发展概况 塑性成形力学，是塑性理论（或塑性力学）的发展和应用中逐渐形成的：
1864年法国工程师H.Tresca首次提出最大切应力屈服准则 1925年德国卡尔曼用初等应力法建立了轧制时的应力分布规律； 萨克斯和齐别尔提出了切块法即主应力法；再后来，滑移线法、上限法、有限元法等相继得到发展。 四、本课程的任务 目的： 科学系统地阐明金属塑性成形的基础和规律，为合理制订塑性成形工艺奠定理论基础。 任务： 1）掌握塑性成形时的金属学基础，以便使工件在成形时获得最佳的塑性状态，最高的变形效率和优质的性能； 2）掌握应力、应变、应力应变关系和屈服准则等塑性理论基础知识，以便对变形过程进行应力应变分析，并寻找塑性变形物体的应力应变分布规律； 3）掌握塑性成形时的金属流动规律和变形特点，分析影响金属塑性流动的各种因素，以合理地确定坯料尺寸和成形工序，使工件顺利成形； 4）掌握塑性成形力学问题的各种解法及其在具体工艺中的应用，以便确定变形体中的应力应变分布规律和所需的变形力和功，为选择成形设备和设计模具提供依据。 字号：[ 放大、标准]
金属塑性成型原理
第一章 1.什么是金属的塑性什么是塑性成形塑性成形有何特点 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；
金属塑性变形理论习题集
《金属塑性变形理论》习题集 张贵杰编 河北联合大学 金属材料与加工工程系 2013年10月
前言 《金属塑性变形理论》是关于金属塑性加工学科的基础理论课，也是“金属材料工程”专业大学本科生的主干课程，同时也是报考材料科学与工程专业方向硕士研究生的必考科目。 《金属塑性变形理论》总学时为72，内容上分为两部分，即“金属塑性加工力学”（40学时）和“塑性加工金属学”（32学时）。 为使学生能够学好本课，以奠定扎实的理论基础，提高分析问题和解决问题的能力，编者集20余年的教学经验特编制本习题集，一方面作为学生在学习本课程时的辅导材料，供课下消化课堂内容时使用，另一方面也可供任课教师在授课时参考，此外对报考研究生的学生还具有指导复习的作用。 本“习题集”在编写时，充分考虑了学科内容的系统性、学生学习的连贯性以及与教材顺序的一致性。该“习题集”中具有前后关联的一个个题目，带有由浅入深的启发性，能够引导学生将所学的知识不断深化。教师也可根据教学进程从中选题，作为课外作业指导学生进行练习。所有这些都会有助于学生理解和消化课堂上所学习的内容，从而提高课下的学习效率。 编者 2013年10月
第一部分 金属塑性加工力学 第一章 应力状态分析 1． 金属塑性加工中的外力有哪几种？其意义如何？ 2． 为什么应力分量的表达需用双下标？每个下标都表示何物理意义？ 3． 已知应力状态如图1-1所示，写出应力分量，并以张量形式表示。 4． 已知应力状态的六个分量7-=x σ，4-=xy τ，0=y σ，4=yz τ， 8-=zx τ，15-=z σ(MPa)，画出应力状态图，写出应力张量。 5． 作出单向拉伸、单向压缩、三向等值压缩、平面应力、平面应变、 纯剪切应力状态的应力Mehr 圆。 6． 已知应力状态如图1-2所示，当斜面法线方向与三个坐标轴夹角余 弦31 ===n m l 时，求该斜面上的全应力S 、全应力在坐标轴上的 分量x S 、y S 、z S 及斜面上的法线应力n σ和切应力n τ。 图 1-1 ?? ?? ? ??------ =1548404847σT x y z 图 1-2 x 10
金属塑性变形与轧制原理(教案).x
备课本 课程名称金属塑性变形与轧制原理课时数64 适用班级金属材料081、082授课教师孙斌 使用时间2011学年第1学期 冶金工程学院
绪论 0.1金属塑性成形及其特点 金属压力加工：即金属塑性加工，对具有塑性的金属施加外力作用使其产生塑性变形，而不破坏其完整性，改变金属的形状、尺寸和性能而获得所要求的产品的一种加工方法。 金属成型方法分类： （1）减少质量的成型方法:车、刨、铣、磨、钻等切削加工；冲裁与剪切、气割与电切；蚀刻加工等。 （2）增加质量的成型方法：铸造、焊接、烧结等。 （3）质量保持不变的成型方法(金属塑性变形)：利用金属的塑性，对金属施加一定的外力作用使金属产生塑性变形，改变其形状尺寸和性能而获得所要求的产品的一种加工方法。如轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压等金属压力加工方法。 金属压力加工方法的优缺点： 优点：1）因无废屑,可节约大量金属； 2）改善金属内部组织及物理、机械性能； 3）产量高，能量消耗少，成本低，适于大量生产。 缺点：1）对要求形状复杂，尺寸精确，表面十分光洁的加工产品尚不及金属切削加工方法； 2）仅用于生产具有塑性的金属； 0.2 金属塑性成形方法的分类 0.2.1按温度特征分类 1.热加工在充分再结晶温度以上的温度范围内所完成的加工过程，T=0.75∽0.95T熔。 2.冷加工在不产生回复和再结晶温度以下进行的加工T=0.25T熔以下。 3.温加工介于冷热加工之间的温度进行的加工. 0.2.2按受力和变形方式分类 由压力的作用使金属产生变形的方式有锻造、轧制和挤压 1.锻造：用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使金属进行塑性变形的过程。分类： 自由锻造：即无模锻造，指金属在锻造过程的流动不受工具限制（摩擦力除外）的一种加工方法。 模锻：锻造过程中的金属流动受模具内腔轮廓或模具内壁的严格控制的一种工艺方法。
基础工程事故的主要原因分析
基础工程事故的主要原因分析 随着我国经济持续快速增长，城市化建设发展的步伐加快，基础工程的比重逐渐增大，特别是深基坑工程越来越多，施工的条件与环境越来越复杂，工程难度越来越大，工程事故发生的机率也就越来越高，尽管绝大多数工程的技术人员严格按规范要求进行设计施工，但仍出现不少工程事故，究其原因很多，也很复杂，既包括基础沉降变形和基坑稳定性问题，也与岩土和支护结构的共同作用结果有关，主要有以下几个方面：工程勘察的失误、基坑设计失误、荷载取值错误、水处理不当、支撑结构失稳、锚固结构失稳、忽视基坑稳定性、施工方法错误、工程监测不当、工程管理不当、相邻施工影响、盲目降低造价。在这些因素当中，基坑设计失误、水处理不当、工程管理不当和锚固结构失稳的影响最大。 工程勘察 场地勘察资料是深基坑工程设计施工的重要依据，是正确、全面地评价基坑支护结构的依据。各类工程在设计施工以前都必须按要求进行工程勘察，复杂场地应适当增加勘探点和试验数据，水文条件复杂地区应做专门的水文地质勘察。如果工程桩所涉及范围的地层、勘察资料不详细、不准确，势必给深基坑支护工程带来事故隐患。例如某工业大楼的深基坑工程，因地质资料仅评价了基础桩范围(-6.0m～23.0 m)土层，而略去了对-6.0m以上淤泥层强度指标的正确评价。而淤泥层正是基坑支护桩上主动土压力的主要土层，设计时也没有要求补充勘察，凭工程经验选定淤泥层强度指标，其数值比后来事故处理时测定的指标偏离许多，因此，造成重力式挡墙支护体系(4排搅拌桩)滑移、倾斜，基坑内大量涌土，基坑外土体滑塌，邻近的生产厂房外墙开裂等重大事故，有些基坑工程根本就没有进行工程勘察，而仅参考相邻工程的地质资料进行设计、施工，这是事故多发的一个主要原因。 基坑支护设计 深基坑支护方案的选择，主要取决于基坑开挖深度，地基土物理力学性质，水文地质条件，周围环境(相邻建筑物、构筑物的重要性、道路、地下管线的限制程度等)，设计控制变形要求，施工设备能力，工期，造价以及支护结构受力特征等诸多因素，任何一方面的因素考虑不周或疏忽都有可能造成严重的后果。基坑工程的设计，不仅方案要选择正确，而且要进行支护结构的强度，基坑整体稳定和局部稳定，结构和地面变形以及软弱土层的局部加固对相邻建筑物的影响等诸方面的验算，并应对可能发生的事故提出预防措施。设计方面任何疏忽、失误都会导致基坑发生重大工程事故。支护结构插入土体的深度不够、刚度、强度不够，被动土压力过小，坑底土体发生管涌、流砂或大面积隆起，忽视基坑土体整体稳定验算等都会导致基坑的失稳破坏，特别是在高水位软土地区更为严重。因此，一个成功的基坑工程设计，在整体和局部稳定方面的验算是十分必要的。例如，郑州市某宾馆基坑工程事故，基坑深8.0 m，采用喷锚支护，当开挖到基底时，南侧三层砖混结构的旅行社楼房突然发出断裂的响声，旅行社楼房全部滑塌入基坑中。事故发生后，组织专家分析原因，主要是：支护方案选择不当。又如，洛阳市某深基坑，支护桩长如再多加深1.0m即可嵌入岩层，结果因支护桩长设计不足发生踢脚失稳破坏，导致基坑事故损失近2000万元。 设计荷载取值 土压力、水压力的计算是支护结构设计计算的前提，但是必须注意到实际的土压力在基坑开挖到地下结构完工期间，并不是常数，土压力随周围环境条件的改变而变化。如雨季，地下管道漏水等会引起土压力、水压力的变化，地面堆载、堆料、临时建筑物等都会引起土、水压力的变化而诱发基坑事故。例如，许昌某银行营业大厦深基坑事故，基坑边有一直径为2．0 m的大型城市排洪管道穿过。基坑开挖完毕后，开始作基础垫层时，突然天降大雨，排洪管内流量剧增，巨大的水流撞开了管道拐弯处，致使管内的洪水流出，冲走基坑东侧支护桩的桩间土，引起部分桩体倾斜，地面塌陷，相邻单位的砖混结构车库倒塌，4层豪华招待所的基础外露，处境危险。其主要原因是，未考虑周围环境改变引起土、水压力的变化，基坑东