課程資訊
課程名稱
塑性力學
Plasticity 
開課學期
101-1 
授課對象
工學院  機械工程學研究所  
授課教師
陳復國 
課號
ME7114 
課程識別碼
522 M2710 
班次
 
學分
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期二2,3,4(9:10~12:10) 
上課地點
工綜205 
備註
總人數上限:30人 
 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
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課程概述

 具延展性之材料(ductile material),例如金屬,在受力超過彈性極限(elastic limit)時,即會產生永久變形,亦即塑性變形(plastic deformation),而塑性力學理論(Theory of Plasticity)即是在探討材料產生塑性變形後,其變形之狀態,包括應力與應變的分佈。在彈性(elastic)範圍之變形,材料之應變僅決定於最終之受力大小;但在塑性變形範圍,材料之變形則與受力的過程(history of the loading path)有關,且須遵循材料之降伏準則(yield criterion),因此,其變形與受力的關係屬於一種非線性的增量(incremental)模式,與線性彈性變形之模式不同。
而隨著材料受力產生塑性變形後,其後續之塑流應力會隨之變化,通常會增大,稱之加工硬化(work-hardening)。若材料承受拉伸-壓縮反覆變形,又有可能發生包辛格效應(Bauschinger effect) ,目前許多汽車結構所使用之先進高強度鋼以及鋁合金均呈現出明顯之包辛格效應。此時材料之塑性變形必須考慮結合降伏準則、加工硬化準則、以及包辛格效應,方可獲得較為準確之應力與應變分佈。
若材料具有方向性(anisotropy),則上述之降伏準則就必須考慮各不同方向應力分佈之效應,其複雜度將大幅增加。
  塑性力學理論在結構力學之應用方面可做為結構受力之極限分析(limit analysis),而對於金屬成形(metal forming)而言,塑性力學理論則是不可或缺之分析工具。
  本課程首先將介紹等向性材料在塑性變形區之應力與應變增量(或應變率)的關係,以及常用之降伏準則,包括具方向性之降伏準則以及其塑流準則(flow rules);同時亦將說明不同之加工硬化準則;其次再說明材料在承受彈、塑性變形時之力學分析,進而介紹完全塑性變形(fully plastic deformation)之力學分析。課程內容將涵蓋塑性力學之基礎理論。

Course Contents:
1 Stresses and Strains
1.1 Mechanical Behavior of Isotropic Solids
1.2 Stress
1.3 Strain
1.4 Onset of Necking in Uniaxial Tension Test (Instability)

2 Fundamentals of Plasticity
2.1 Yield Criteria for Isotropic Solids
2.2 Rule of Plastic Flow
2.3 Stress-Strain Relations for Work-Hardening Materials
2.4 Plastic Anisotropy

3 Elastic-Plastic Problems
3.1 Expansion of a Thick-Walled Cylindrical Tube
3.2 Bending of a Triangular Cross Section Beam
3.3 Torsion of a Cylindrical Bar

4 Rigid-Plastic Problems
4.1 Introduction
4.2 Sheet-Drawing Through Tapered Dies
4.3 Axisymmetric Compression of a Circular Cylinder

5 Limit Analysis
5.1 Introduction
5.2 Lower-Bound Theory
5.3 Upper-Bound Theory
5.4 Plane-Strain Frictionless Extrusion
5.5 Plane-Strain Indentation
5.6 Bending of a Notched Bar

6 Theory of Slip-Line Field
6.1 General Concept
6.2 Properties of Slip-Lines
6.3 Plane-Strain Indentation
6.4 Plane-Strain Extrusion
 

課程目標
本課程之主要授課目標在於讓學生對於塑性力學之基礎理論有清楚的概念,瞭解材料產生塑性變形係一種與受力過程(loading path)有關的非線性變形模式。同時學習如何分析材料產生塑性變形時之應力與應變分佈,進而學習塑性力學在結構強度分析與金屬成形之應用,讓學生具備推導塑性變形理論模型之基本能力。 
課程要求
Grade Distribution:
1. Homework: 20%
2. Midterm Examination (November 12, 2012): 40%
3. Final Examination (January 8, 2013): 40%
 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
 
指定閱讀
無 
參考書目
Reference Books:
1. J. Chakrabarty, Theory of Plasticity, 2nd ed., McGraw-Hill Book Co., 1998.
2. W.F. Chen and D.J. Han, Plasticity for Structural Engineering, Gau Lih Book Co., Ltd., 1995.
3. A.S. Khan and S. Huang, Continuum Theory of Plasticity, John Wiley & Sons, Inc., 1995
4. J. Lubliner, Plasticity Theory, Macmillan Publishing Company, 1990.
5. W.F. Hosford and R.M. Caddell, Metal Forming – Mechanics and Metallurgy, Prentice-Hall International, Inc., 1983.
6. W. Johnson, R. Sowerby and R.D. Venter, Plane-Strain Slip-Line Fields for Metal-Deformation Processes, Pergamon Press, 1982.
7. O. Hoffman and G. Sachs, Introduction to the Theory of Plasticity for Engineers, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1953.
8. W. Prager and P.G. Hodge, Jr., Theory of Perfectly Plastic Solids, John Wiley & Sons, Inc., 1951.
9. R. Hill, The Mathematical Theory of Plasticity, Oxford University Press, 1950.
 
評量方式
(僅供參考)
   
課程進度
週次
日期
單元主題