机械毕业设计（论文）前期材料-高精度折弯机的关键技术研究.doc

徐桢 高精度折弯机的关键技术研究扬州大学广陵学院毕业设计（论文）前期工作材料学 生 姓 名： 学号： 100007136 教 科 部： 机械力学 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目： 高精度折弯机的关键技术研究 指 导 老 师： 材 料 目 录序号名 称数量备注1毕业设计（论文）选题、审题表12毕业设计（论文）任务书13毕业设计（论文）实习调研报告14毕业设计（论文）开题报告（含文献综述）15毕业设计（论文）外文资料翻译（含原文）16毕业设计（论文）中期检查表1 2014 年 3月 13日 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）题目申报表设计（论文）题目高精度折弯机的关键技术研究题目类型1题目来源A面向专业机械设计制造及其自动化指导教师职称副教授学位博士从事专业工程力学题目简介：本课题首先运用应变电测技术，对折弯机工作应力（应变）进行整体测试，获得机床各个部位（机床的侧板、工作台、滑块、油缸座、补偿缸等）的应力分布情况。同时测试滑块和工作台（上、下模）压力分布，从而了解滑块与工作台的压力均匀性情况。运用位移传感器对折弯机滑块和工作台沿长度方向的位移进行测试，了解滑块和工作台的变形分布情况。然后，运用大型通用有限元软件对折弯机进行整体建模，建立滑块与工作台的接触对模型，从而获得折弯机的整体有限元模型，分析得到各个部件应力与变形的全场分布规律，结合测试结果，验证和修改计算机模型，为折弯机的优化设计提供基础重点研究折弯机的液压挠度补偿技术。审核意见：审核人签名： 年 月 日题目类型1、为结合科研；2、为结合生产实际；3、为结合大学生科研训练计划；4、为结合学科竞赛；5、模拟仿真；6、其它题目来源A.指导教师出题 ； B.学生自定、自拟广陵学院毕业设计（论文）任务书教 科 部： 机 械 力 学 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 徐桢 学号: 100007136 毕业（论文）题目： 高精度折弯机的关键技术研究 起 迄 日 期： 2014.2.222014.6.10 设计（论文）地点： 学院机房、结构测试与分析研究室 指 导 老 师： 龚 俊 杰 专 业 负 责 人： 发任务书日期： 2014年 2月 18日毕业设计（论文）任务书论文题目高精度折弯机的关键技术研究年级大四专业机械设计制造及其自动化学生姓名徐桢学号100007136主要内容：1. 能够熟练运用大型有限元软件进行数值分析并能够简单的改进或优化设计；2. 对折弯机工作应力（应变）进行整体测试，获得机床各个部位（机床的侧板、工作台、滑块、油缸座、补偿缸等）的应力分布情况。同时测试滑块和工作台（上、下模）压力分布，从而了解滑块与工作台的压力均匀性情况。运用位移传感器对折弯机滑块和工作台沿长度方向的位移进行测试，了解滑块和工作台的变形分布情况。 3. 运用大型通用有限元软件对折弯机进行整体建模，建立滑块与工作台的 接触对模型，从而获得折弯机的整体有限元模型，分析得到各个部件应力与变形的全场分布规律，结合测试结果，验证和修改计算机模型，为折弯机的优化设计提供基础重点研究折弯机的液压挠度补偿技术。4. 查阅文献15篇以上，翻译不少于5000印刷符的英文资料；5. 撰写开题报告：包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟定与分析以及实施计划等；6. 撰写毕业论文，篇幅不少于1万字。主要任务及基本要求（包括指定的参考资料）：1、撰写开题报告：包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟定与分析以及实施计划等；2、查阅文献15篇以上，翻译不少于5000印刷符的英文资料；3、熟练运有限元分析软件；4、能够运用MSC/DYTRAN或ANSYS有限元软件建立简单结构的有限元模型，通过计算获得结构的应力应变场分布规律；5、撰写毕业论文，篇幅不少于1万字。主要参考文献1 王吉忠， 闰萍，板料折弯机发展浅论J，黑龙江锻压机床厂有限公司，3232 柏甫荣 ，高建和，詹俊勇，陈琪， 武锐，半闭式压力机机身的有限元分析与优化J，扬州大学机械工程学院，2010:90-92.3 王治杰，大中型折弯机滑块外凸弯曲变形原因分析J，天水锻压机床有限公司工艺部，2008:44-47.4 莫燕强 ，杨浩，关于数控折弯机的应用及发展前景分析J，玉柴重工(常州)有限公司，304.5 张子东 ，王志明 ，谈传明,曹光荣, 基于CosmosW orks的折弯机液压补偿能力的分析J, 南京理工大学机械工程学院,40-43.6 周鹏飞,栾伯才等基于optistruct的数控折弯机滑块的拓扑优化J，江苏扬力集团，41-43.7 崔中文，浅谈折弯机变形补偿装置对精度的影响J，辽宁省机械研究院有限公司，447.8 张志兵，余健，陆闻海，数控折弯机两种补偿机构的比较J，扬力集团江苏扬力数控机床有限公司，37-38。9 潘殿生，潘志华，阮康平，余健，数值模拟在折弯机机械补偿装置设计中的应用J，江苏扬力数控机床有限公司，58-60.10 潘殿生，潘志华，阮康平，孟峻峰，有效降低折弯机喉口处应力的机身优化设计J，江苏扬力数控机床有限公司，55-58.11 刘进，刘宏道，折弯机变形补偿装置的新型结构J，江苏亚威机床股份有限公司，25-26.12 刘进，王成国，刘宏道，折弯机变形补偿装置对制件精度影响的分析J，江苏亚威机床股份有限公司重型分厂，34-36.13 潘志华 ， 高建和 ， 田万英, 折弯机参数化建模及优化J，江苏扬力集团数控机床有限公司，26-28.14 谈传明，张子东，曹光荣 ，王志明等，折弯机滑块的有限元分析及优化J，江苏亚威机床股份有限公司，37-40.15 李堑，王金荣，冷志斌 ，朱灯林，折弯机机械补偿机构接触应力的有限元分析J，河海大学机电工程学院，30-33.16 武锐，高建和，方开荣，折弯机机械补偿技术研究J，扬州大学机械工程学院，62-99.17 潘殿生，潘志华，阮康平，佘健，折弯机机械补偿装置数值模拟结果分析J，江苏扬力数控机床有限公司，29-32.18 王俊，折弯机结构优化设计分析J，江苏亚威机床股份有限公司，54.19 田万英，高建和，潘志华，折弯机压力不均匀分布研究J，江苏扬力数控机床有限公司，扬州大学机械工程学院，44-47.发出任务书日期：完成期限：指导教师签名：专业主任签名：年月日扬州大学机械工程学院毕业设计（论文）实习调研报告学 生 姓 名： 徐桢 学号： 100007136 专 业： 机械设计制造及其自动化 指 导 老 师： 龚 俊 杰 参观实习报告 2014年3月26日，在老师的带领下我们来到了扬州保来得科技实业有限公司参观实习。此次实习是为我们的毕业设计而做准备的，同时，这也是我们大学生涯的最后一次实习。在大学里，我们学习了丰富的理论知识，而在社会上，在工厂里，我们需要的是实践经验，实习是学生接触社会，了解社会，服务社会，运用所学知识实习自我的最好途径。实现了从理论到实习再到理论的飞跃。增强了认识问题，分析问题，解决问题的能力。为认识社会，了解社会，步入社会打下了良好的基础。因此，这次的实习对我们而言意义非凡。一、 实习目的对于一名大学生来说毕业实习是一个很关键的学习内容，也是一个很好的锻炼机会。对于我们来说，平常学到的都是书面上的理论知识，而毕业实习正好就给了我们一个在投身社会工作之前把理论知识与实际设计联系起来的机会，毕业实习作为学校老师为我们安排的在校期间最后一次全面性、总结性的教学实践环节，它既让我们看到实际生活中设计生产状况，也是我们在就业之前的“实战预演”，我们可以从中看到的不仅仅是一个车间的生产运作过程，还有大量实际设计方面的知识，以及我们还十分缺乏的实际经验都包含在每个生产设计过程中，通过实习能够使我们更好的完善自己。毕业实习很短，但无论是对我的毕业设计还是今后的工作，都带来了很大的帮助。二、企业简介：扬州保来得科技实业有限公司是由保来得（香港）工业股份有限公司与扬州盛得机械有限公司于1992年合资成立，总投资额为6168万美元,注册资本2221.05万美元。产品70%以上外销,现年销售额达6亿RMB。公司专业生产高精度、高品质的粉末冶金专业制品，产品涵盖汽车零部件、电动工具零件、家电零件、OA零件和电机含油轴承等，主要应用于微电机、家用电器、电动工具、减震器、汽车发动机零件等领域。三、 实习内容在参观的时候，我们看到的是各种机械，各种零件在工人师傅的操作下加工成型。此次参观让我们了解了从加工到销售的一系列过程，在参观的时候我们将我们在学校里学到的知识与工厂里面所看到的东西相结合，并思考这样做的背后的含义。看着师傅在熟练地操作设备，我们深深的震撼，我们明白我们从大学毕业之后，要学习的东西依然有很多。四、 实习总结在短短的参观实习中，虽然只是很粗略的看了一下，但是依然给我带来了很多感想，在我们机械行业，存在着很多像我们这种刚从大学里面毕业而实际动手经验严重不足的人，如何在机械领域得到更好的发展，如何将我们在大学里面所学到的知识与实际的工作相结合，是我们所需要思考的东西。同时，身为一名应届毕业生，我们应该做好吃苦耐劳的准备，这才是我们刚毕业的大学生应该做到的。机械工程学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名： 徐桢 学 号： 100007136 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计(论文)题目： 高精度折弯机的关键技术研究 指 导 老 师： 龚 俊 杰 2014年 3月 15 日扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目高精度折弯机的关键技术研究题目来源指导老师出题题目类型为结合科研指导教师龚俊杰学生姓名徐桢学 号100007136专 业机械设计制造及其自动化开题报告内容：（调研资料的准备与总结，研究目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段、 内容及时间安排；完成毕业设计（论文）所具备的条件因素等。）本毕业设计（论文）课题应达到的目的：（1）培养学生的调查研究以及资料、信息的获取、分析等综合能力；（2）培养学生的工程设计能力，主要包括设计、计算及绘图能力；（3）培养学生的综合运用专业理论知识，分析解决实际问题的能力；（4）培养学生的在设计过程中使用计算机的能力；（5）培养学生的撰写设计说明书、论文的能力；（6）培养学生创新能力和创新精神。本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起止日期工 作 内 容2014-02-222014-03-312014-04-12014-05-302014-06-012014-06-07毕业设计开始，查阅中外文资料，完成外文翻译，完成实习调研和实习报告，完成开题报告；进行毕业设计，学习有限元软件的使用方法、进行理论计算与有限元模拟、分析模拟结果，接收毕业设计中期检查，撰写毕业设计论文；修改完善毕业论文、准备毕业答辩、整理毕业设计期间的所有资料、成果并归档。 文 献 综 述 1 引言随着机械技术的不断发展，对材料的加工精度要求也不断提高。折弯机作为一种折弯金属板料的机器，渐渐走进人们视野。所谓折弯就是将金属板材通过压力设备和特制的模具，把平面的板料变为立体的加工过程，由于不同材质、厚度、长度、宽度的板材和所须成形的不同形状和角度，所以就有不同吨位和大小压力设备的折弯机。折弯机种类繁多，有液压板料折弯机、液压板料数控折弯机、双联动液压折弯机、双联动液压数控折弯机等。2 发展历史 1795年英国约瑟夫布拉曼(JosephBraman,1749-1814)，在伦敦用水作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上，诞生了世界上第一台水压机。1905年将工作介质水改为油，即当代液压传动系统的雏形。第一次世界大战(1914-1918)后液压传动广泛应用，特别是1920年以后，发展更为迅速。液压元件大约在19世纪末20世纪初的20年间才开始进入正规的工业生产阶段。1925年维克斯(F.Vikers)发明了压力平衡式叶片泵，为近代液压元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。20世纪初康斯坦丁尼斯克(GConstantimsco)对能量波动传递所进行的理论及实际研究；1910年对液力传动(液力联轴节、液力变矩器等)方面的贡献，使这两方面领域得到了发展。第二次世界大战(1941-1945)期间，在美国机床中有30%应用了液压传动。应该指出，日本液压传动的发展较欧美等国家晚了近二十多年。但是在1955年前后，日本迅速发展液压传动，1956年成立了“液压工业会”。近二三十年间，日本液压传动发展之快，已居世界领先地位。3 折弯机的特点及应用 折弯机分为手动折弯机，液压折弯机和数控折弯机。手动折弯机又分为机械手动折弯机和电动手动折弯机，液压折弯机按同步方式又可分为：扭轴同步、机液同步，和电液同步。液压折弯机按运动方式又可分为：上动式、下动式。 折弯机的组成结构如下：1、滑块部分：采用液压传动，滑块部分由滑块、油缸及机械挡块微调结构组成。左右油缸固定在机架上，通过液压使活塞（杆）带动滑块上下运动，机械挡块由数控系统控制调节数值；2、工作台部分：由按钮盒操纵，使电动机带动挡料架前后移动，并由数控系统控制移动的距离，其最小读数为0.01毫米（前后位置均有行程开关限位）；3、同步系统：该机由扭轴、摆臂、关节轴承等组成的机械同步机构，结构简单，性能稳定可靠，同步精度高。机械挡块由电机调节，数控系统控制数值；4、挡料机构：挡料采用电机传动，通过链操带动两丝杆同步移动，数控系统控制挡料尺寸。液压折弯机包括支架、工作台和夹紧板，工作台置于支架上，工作台由底座和压板构成，底座通过铰链与夹紧板相连，底座由座壳、线圈和盖板组成，线圈置于座壳的凹陷内，凹陷顶部覆有盖板。使用时由导线对线圈通电，通电后对压板产生引力，从而实现对压板和底座之间薄板的夹持。由于采用了电磁力夹持，使得压板可以做成多种工件要求，而且可对有侧壁的工件进行加工。折弯机可以通过更换折弯机模具，从而满足各种工件的需求。4.国内对折弯机的研究 伴随着计算机技术的不断发展，自动化技术的程度也变得越来越高，现代化的生产对于产品来说提出了更高的要求，通常需要满足多品种、小批量的目标，这样一来就促进了数控技术的不断发展。以往的普通折弯机在对工件进行多道折弯加工的时候，必须要同时对整批工件一起进行多道折弯，这就需要不停地进行上下换料的工作，生产效率很低。折弯机折弯参数如果利用数控技术进行控制，进行调整设置之后，档料架和滑块行程就能够进行精确、控制，就可以连续不断地对成批的工件进行多道折弯，而且可以保证同批产品具有极高的成形精度。同时还会使生产出来的同批产品具有很高的同一性，可以极大地提高生产效率，有着很好的发展前景。机身是数控折弯机的一个基本部件，所有零部件都安装在机身上面，工作时要承受全部工作变形力。因此，机身的合理设计对减轻折弯机重量，提高折弯机强度和刚度，都具有直接的影响。我们通过有限元软件ANSYS对机身静力学分析后发现，数控折弯机机身的平均应力水平并不高， 除了局部存在应力集中以外，最大等效应力在40MPa左右。应力值远低于材料的许用应力，从满足强度的角度出发，有很大的优化空间闭。由于数控折弯机采用的是开式机身结构，在折弯过程中，喉口处会产生很大的拉、压应力，导致机身的刚度较差。特别是由于有角变形存在，严重影响工件精度和模具寿命。因此有效降低喉口处的应力集中值，提高该处的强度，成为优化过程中一个关键的环节。通过理论分析结合有限元计算，发现喉口处内缘圆弧处的应力水平与加强筋的施加方法、施加位置及厚度等因素有关。经计算分析，可以得出结论，在侧板双侧对称加加强筋，且加强筋厚度不变的情况下，减小加强筋内缘到侧板喉口内缘的距离能有效的降低喉口处的应力。国内专家建立了折弯机机械补偿机构接触应力分析的有限元模型，采用三维弹性接触有限单元法，对折弯过程中该补偿机构的接触应力和变形进行了数值模拟。分析结果表明：设计的机械补偿结构的接触应力满足材料的强度要求，得到的实际补偿曲线与理想补偿曲线有较高的吻合程度。三维弹性接触有限单元法在折弯机机械补偿机构中的应用， 对折弯机机械补偿机构的强度校核与设计具有实际的指导意义。为了使得折弯机的机身最轻，专家们采用参数化建模方法建立折弯机的实体模型， 并建立滑块与工作台之间的接触对有限元模型，对其进行静态分析；在参数化模型基础上进行优化设计，以喉口及油缸连接处应力为约束条件，最终通过优化获得折弯机的质量最轻。5.结论在当前的形势下，数控机床的发展已经愈加成熟，伴随着的是有限元的优化设计渗透到了各个领域，有限元的优化设计是推动机械设计自动化进程的重要因素。在对不同结构的优化设计中，构建模型的三要素是：约束条件，设计变量，目标函数。在实际生产中，通过有限元优化设计，折弯机产品已经达到结构合理，受力变形较小，且机床重量大大减轻的目标。 主要参考文献1 王吉忠， 闰萍，板料折弯机发展浅论J，黑龙江锻压机床厂有限公司，3232 柏甫荣 ，高建和，詹俊勇，陈琪， 武锐，半闭式压力机机身的有限元分析与优化J，扬州大学机械工程学院，2010:90-92.3 王治杰，大中型折弯机滑块外凸弯曲变形原因分析J，天水锻压机床有限公司工艺部，2008:44-47.4 莫燕强 ，杨浩，关于数控折弯机的应用及发展前景分析J，玉柴重工(常州)有限公司，304.5 张子东 ，王志明 ，谈传明,曹光荣, 基于CosmosWorks的折弯机液压补偿能力的分析J, 南京理工大学机械工程学院,40-43.6 周鹏飞,栾伯才等基于optistruct的数控折弯机滑块的拓扑优，江苏J扬力集团，41-43.7 崔中文，浅谈折弯机变形补偿装置对精度的影响J，辽宁省机械研究院有限公司，447.8 张志兵，余健，陆闻海，数控折弯机两种补偿机构的比较J，扬力集团江苏扬力数控机床有限公司，37-38。9 潘殿生，潘志华，阮康平，余健，数值模拟在折弯机机械补偿装置设计中的应用J，江苏扬力数控机床有限公司，58-60.10 潘殿生，潘志华，阮康平，孟峻峰，有效降低折弯机喉口处应力的机身优化设计J，江苏扬力数控机床有限公司，55-58.11 刘进，刘宏道，折弯机变形补偿装置的新型结构J，江苏亚威机床股份有限公司，25-26.12 刘进，王成国，刘宏道，折弯机变形补偿装置对制件精度影响的分析J，江苏亚威机床股份有限公司重型分厂，34-36.13 潘志华 ， 高建和 ， 田万英, 折弯机参数化建模及优化J，江苏扬力集团数控机床有限公司，26-28.14 谈传明，张子东，曹光荣 ，王志明等，折弯机滑块的有限元分析及优化J，江苏亚威机床股份有限公司，37-40.15 李堑，王金荣，冷志斌 ，朱灯林，折弯机机械补偿机构接触应力的有限元分析J，河海大学机电工程学院，30-33.16 武锐，高建和，方开荣，折弯机机械补偿技术研究J，扬州大学机械工程学院，62-99.17 潘殿生，潘志华，阮康平，佘健，折弯机机械补偿装置数值模拟结果分析J，江苏扬力数控机床有限公司，29-32.18 王俊，折弯机结构优化设计分析J，江苏亚威机床股份有限公司，54.19 田万英，高建和，潘志华，折弯机压力不均匀分布研究J，江苏扬力数控机床有限公司，扬州大学机械工程学院，44-47. 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径） 需要解决的问题：以往的普通折弯机在对工件进行多道折弯加工的时候，必须要同时对整批工件一起进行多道折弯，这就需要不停地进行上下换料的工作，生产效率很低。连续不断地进行加工，同时对折弯机的自身性能提出了更高的要求，连续工作，容易使得折弯机滑块，喉口，油缸等部件发生某些形变，这对于折弯的效果就会产生很大的影响，因此，如何保持折弯机的精度成为了研究的关键问题。 折弯机的滑块，喉口是折弯机的关键部位，如何对滑块，喉口的部件进行优化分析，采用更加经济更加合理，同时形变最小的方法，使折弯的精度更高，成为了我此次研究的方向。 拟采用的研究手段：1. 思考折弯机运动机构原理，画出机构原理图2. 画出折弯机三维模型图3. 画出折弯机的工程图4. 计算校验所设计的工件受力情况5. 利用ANSYS对机床进行整体的受力分析，得出机床的受力分析图与应力分布状况毕业设计（论文）开题报告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导老师： 年 月 日所在专业审查意见：负责人： 年 月 日机械工程学院毕业设计（论文）外文资料翻译教 科 部： 机 械 制 造 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 徐桢 学 号： 100007136 外 文 出 处： 附 件： Chapter 1 Introduction 指导老师评语 签名： 年 月 日原文Chapter 1 Introduction1.1 INTRODUCTION1.2 TYPES OF MATERIAL FAILURE1.3 DESIGN AND MATERIALS SELECTION1.4 TECHNOLOGICAL CHALLENGE1.5 ECONOMIC IMPORTANCE OF FRACTURE1.6 SUMMARYOBJECTIVESGain an overview of the types of material failure that affect mechanical and structural design.Understand in general how the limitations on strengths and ductility of materials are dealt with in engineering design.Develop an appreciation of how the development of new technology requires new materials and new methods of evaluating the mechanical behavior of materials.Learn of the surprisingly large costs of fracture to the economy.1.1 INTRODUCTIONDesigners of machines, vehicles, and structures must achieve acceptable levels of performance and economy, while at the same time striving to guarantee that the item is both safe and durable. To assure performance, safety, and durability, it is necessary to avoid excess deformation- that is, bending, twisting, or stretching-of the components (parts) of the machine, vehicle, or structure. IN addition, cracking in components must be avoided entirely, or strictly limited, so that it does not progress to the point of complete fracture.The study of deformation and fracture in materials is called mechanical behavior of materials. Knowledge of this area provides the basis for avoiding these types of failure in engineering applications. One aspect of the subject is the physical testing of samples of materials by applying forces and deformations. Once the behavior of a given material is quantitatively known from testing, or from published test data, its chances of success in a particular engineering design can be evaluated.The most basic concern in design to avoid structural failure is that the stress in a component must not exceed the strength of the material, where the strength is simply the stress that causes a deformation or fracture failure. Additional complexities or particular causes of failure often require further analysis, such as the following:1. Stresses are often present that act in more than one direction; that is, the state of stress is biaxial or triaxial.2. Real components may contain flaws or even cracks that must be specifically considered.3. Stresses may be applied for long periods of time.4. Stresses may be repeatedly applied and removed, or the direction of stress repeatedly reversed.In the remainder of this introductory chapter, we will define and briefly discuss various types of material failure, and we will consider the relationships of mechanical behavior of materials to engineering design, to new technology, and to the economy.1.2 TYPES OF MATERIAL FAILUREA deformation failure is a change in the physical dimensions or shape of a component that is sufficient for its function to be lost or impaired. Cracking to the extent that a component is separated into two or more pieces is termed fracture. Corrosion is the loss of material due to chemical action, and wear is surface removal due to abrasion or sticking between solid surfaces that touch. IF wear is caused by a fluid (gas or liquid), it is called erosion, which is especially likely if the fluid contains hard particles. Although corrosion and wear also of great importance, this book primarily considers deformation and fracture.The basis types of material failure that are classified as either deformation or fracture are indicated in Fig. 1.1. Since several different causes exist, it is important to correctly identify the ones that may apply to a given design, so that the appropriate analysis methods can be chosen to predict the behavior. With such a need for classification in mind, the various types of deformation and fracture are defined and briefly described next. Figure 1.1 Basic types of deformation and fracture. Figure 1.2 Axial member (a) subject to loading and unloading, showing elastic deformation (b) and both elastic and plastic deformation (c).1.2.1 Elastic and Plastic DeformationDeformations are quantified in terms of normal and shear strain in elementary mechanics of materials. The cumulative effect of the strains in a component is a deformation, such as a bend, twist, or stretch. Deformations are sometimes essential for function, as in a spring. Excessive deformation, especially if permanent, is often harmful.Deformation that appears quickly upon loading can be classed as either elastic deformation or plastic deformation, as illustrated in Fig. 1.2. Elastic deformation is recovered immediately upon unloading. Where this is the only deformation present, stress and strain are usually proportional. For axial loading, the constant of proportionality is the modulus of elasticity, E, as defined in Fig.1.2 (b). An example of failure by elastic deformation is a tall building that sways in the wind and causes discomfort to the occupants, although there may be only remote chance of collapse. Elastic deformations are analyzed by the methods of elasticity and structural analysis.Plastic deformation is not recovered upon unloading and is therefore permanent. The difference between elastic and plastic deformation is illustrated in Fig.1.2(c). Once plastic deformation begins, only a small increase in stress usually causes a relatively large additional deformation. This process of relatively easy further deformation is called yielding, and the value of stress where this behavior begins to be important for a given material is called the yield strength, .Materials capable of sustaining large amounts of plastic deformation are said to behave in a ductile manner, and those that fracture without very much plastic deformation behave in a brittle manner. Ductile behavior occurs for many metals, such as low-strength steels copper, and lead, and for some plastic, such as polyethylene. Brittle behavior occurs for glass, stone, acrylic plastic, and some metals, such as the high-strength steel used to make a file. (Note that the word plastic is used both as the common name for polymeric materials and in identifying plastic deformation, which can occur in any type of material.)Figure 1.3 Tension test showing brittle and ductile behavior. There is little plastic deformation for brittle behavior, but a considerable amount for ductile behavior.Tension tests are often employed to assess the strength and ductility of materials, as illustrated in Fig. 1.3. Such a test is done by slowly stretching a bar of the material in tension until it breaks (fractures). The ultimate tensile strength, which is the highest stress reached before fracture, is obtained along with the yield strength and the strain at fracture,. The latter is a measure of ductility and is usually expressed as a percentage, then being called the percent elongation. Materials having high values of both and are said to be tough, and tough materials are generally desirable for use in design.Large plastic deformations virtually always constitute failure. For example, collapse of a steel bridge or building during an earthquake could occur due to plastic deformation. However, plastic deformation can be relatively small, but still cause malfunction of a component. For example, in a rotating shaft, a slight permanent bend results in unbalanced rotation, which in turn may cause vibration and perhaps early failure of the bearings supporting the shaft.Buckling is deformation due to compressive stress that causes large changes in alignment of columns or plates, perhaps to the extent of folding or collapse. Either elastic or plastic deformation, or a combination of both, can dominate the behavior. Buckling is generally considered in books on elementary mechanics of materials and structu