1.1.4 金屬軋制的應力狀態(tài)

所謂點應力狀態(tài), 是指變形區(qū)內某點附近的應力情況。點應力狀態(tài)如圖 1-2。

圖1-2 點應力狀態(tài)

在變形區(qū)內某點附近取出一個微小的單元六面體, 將它放人直角坐標系中, 假如在它的每一個面上都作用著一個全應力, 就可以把全應力按照坐標軸的方向進行分解, 每個全應力都可以分解成為一個法線應力和兩個切線應力。由于單元體很小從而甚至可以視為小至一點, 所以兩個對稱面上的應力是相等的, 只需要畫出三個可以看得見的面上的應力即可表示出這個六面體上的應力狀態(tài)。

金屬在實際變形過程中, 存在著這樣的應力狀態(tài), 即在變形區(qū)某點的單元六面體上只作用著法線應力, 而沒有切線應力。把這樣的應力狀態(tài)稱之為主應力狀態(tài)。主應力狀態(tài)下的法線應力叫做主應力, 用σ1 , σ2 , σ3來表示主應力, 并且規(guī)定σ1 >σ2 >σ3, 作用著主應力的平面叫做主平面。

為了簡化工程計算和定性說明變形物體受力后引起的某些后果, 常常把壓力加工過程變形的主要方向, 即長、 寬、 高方向認為和直角坐標系中的三個坐標軸平行, 而與長、 寬、 高垂直的截面看成是主平面, 其上作用的法線應力認為是主應力。

與主平面成45°角的平面上的切應力叫主切應力, 這些平面叫做主切平面(見圖1-3)。在變形區(qū)內通過一點有十二個這樣的平面, 它通過一軸而與另外兩軸相交成45°角, 在這種平面上切應力數(shù)值達到最大。 主切應力的數(shù)值為τ12 、 τ23 、 τ13, 、 分別表示由于是σ1和σ2 , σ2和σ3 , σ3和σ1 的作用而在與主平面成45°角的平面上所引起的主切應力。

圖1-3 主剪平面的方位

根據(jù)規(guī)定, 因為σ1 的代數(shù)值最大, σ3的代數(shù)值最小, 所以在主切應力中τ13的值最大, 稱τ13為最大主切應力。它等于最大主應力和最小主應力差值的一半。

從金屬壓力加工的觀點來說, 主切平面即相當于體心立方晶格中的滑移面, 在截面上切應力達到某一極限時, 可使金屬沿截面產生滑移, 研究主切平面主切應力的極值, 對于闡明塑性變形時力學條件極其重要。