电注通入瞬间导电板内聚尖附近的应力场

研究了在向含裂纹的无限大导电薄板中通入电流的瞬时,裂纹尖端附近的应力场。在给出导电薄板中裂纹尖端区域附近的电流密度以及由于集中效应而产生的焦耳热源功率表达式的基础上,通过对热传导方程求解温度场,得到了裂纹尖端区域应力的计算方法,数值算例证实了在给定参数的情况下,通入适当强度的电流,可使裂纹尖端处产生较大的压应力,从而达到遏制裂纹开裂的目的。     

电流通入瞬间导电板内裂尖附近的应力场

研究了在向含裂纹的无限大导电薄板中通人电流的瞬时,裂纹尖端附近的应力场。在给出导电薄板中裂纹尖端区域附近的电流密度以及由于集中效应而产生的焦耳热源功率表达式的基础上,通过对热传导方程求解温度场,得到了裂纹尖端区域应力的汁算方法。数值算例证实了在给定参数的情况下,通入适当强度的电流,可使裂纹尖端处产生较大的压应力,从而达到遏制裂纹开裂的目的。     

载流薄板内裂尖附近的应力场

研究了带有有限长裂纹的导电薄板在垂直于裂纹的方向上通入直流电流时，裂纹的止裂问题。在满足电磁量边界条件的情况下，根据导电体的麦克斯威尔方程，得到裂纹尖端附近附近焦耳热源功率的表达式。通过热传导方程的求解，推得尖端区域的温度场和应力场的计算式，并给出算例分析。从而表明在电流所产生的焦耳热源的作用下，裂尖处的温度将升高，并伴随着产生的压应力，可达到阻止裂纹扩展的目的。     

带有裂纹的金属薄板构件裂尖处电热应力的数值分析

讨论了带有裂纹的金属构件通入脉冲电流瞬间，裂纹尖端附近电流、温度和热应力的耦合关系。分析采用了有限元法，通过热－电耦合（焦耳热问题）和热－机械耦合两个过程来实现。通过数值解析模型，模拟了脉冲放电瞬间的电流－温度－热应力的演变过程，求解了脉冲放电瞬间裂纹前缘的热压应力场。温度场、应力场数值计算结果同理论分析有很好的吻合。     

带有两个共线裂纹载流薄板的温度场及热应力强度因子

采用复变函数的方法,给出带有两个等长度共线穿透裂纹的无限大载流薄板在瞬间电流作用下,裂纹尖端附近产生的温度场的表达式,得到温度在裂纹尖端的奇异特征.在通入垂直于裂纹的均匀电流作用下,由于裂纹的存在,裂纹尖端出现绕流现象,产生焦耳热,瞬时高温形成点热源.通过点热源在金属薄板内形成的温度场,可以导出裂纹尖端产生的热应力强度因子表达式.将其与外载荷产生的应力强度因子叠加,可建立通电状态下的断裂判据.算例分析表明,点热源在裂纹尖端附近产生的热应力强度因子为负值,可以部分抵消无穷远处施加的拉应力产生的应力强度因子的作用,进而达到止裂的目的.文中建立带有两个等长度共线穿透裂纹载流薄板的热应力强度因子的概念.其研究结果对工程结构实施电磁热效应裂纹止裂具有理论意义和实用价值.     

带有圆形半埋藏裂纹金属构件放电瞬间的温度场分析

应用复变函数理论,采用曲线坐标变换的方法,对带有圆形半埋藏裂纹金属构件在放电瞬间裂纹尖端区域附近的温度场进行理论分析。并借助于有限元软件,建立三维模型,模拟分析了在放电瞬间裂纹尖端区域附近温度场、温度梯度场的分布状态。计算结果表明:在圆形半埋藏裂纹尖端处,由于电流产生的焦耳热源的作用,使其温度瞬时急剧升高,能够在很小的范围内熔化形成微小的焊口,裂纹前缘的曲率半径增加了几个数量级,显著地减少了应力集中,有效地遏制了裂纹的扩展;数值模拟与理论分析结果吻合。     

含埋藏椭圆型裂纹的构件脉冲放电瞬间的耦合场分析

采用数值分析的方法,对含三维埋藏椭圆型裂纹的构件放电瞬间的耦合场进行分析。计算脉冲放电瞬间椭圆形裂纹尖端附近的温度场和等效应力场的分布状态;并通过改变模型尺寸的模拟分析影响放电参数的主要因素。计算结果表明,由于电流绕流产生的焦耳热源的作用,裂纹尖端处温度瞬时急剧升高,但沿椭圆形裂纹尖端的温度值并不相同,最大值发生在长轴附近,只要放电电流的强度足够大,可以使椭圆环形裂尖均熔化形成焊口,并围绕环形裂纹尖端附近产生很大的热压应力场,可有效地遏制裂纹的扩展;在相同放电电流强度下,对椭圆裂纹尖端温度影响较大的是裂纹的绝对尺寸和椭圆长短轴的相对尺寸。在研究过程中分成热一电耦合和热一应力耦合两个过程,综合考虑材料非线性、状态变化非线性和几何非线性,结果比较符合实际。     

V形切口尖端裂纹起裂方向的主应力判别准则及其验证

围绕V形切口尖端裂纹起裂方向,分析了V形切口尖端裂纹应力场、位移场、应力强度因子,提出了裂纹起裂方向的主应力判别准则。首先,详细给出了V形切口尖端应力应变场的求解方法,通过裂纹尖端场本征值的三次线性拟合及误差分析,确定了V形切口尖端裂纹位移场;然后,建立了V形切口尖端的数值分析模型,运用数值计算方法确定了应力强度因子和切口强度因子,提出了V形切口尖端裂纹起裂方向的主应力判断准则,给出了外推法求解分析过程;最后,以LY8为试验材料,在张角2β＝60°的V形切口情况下,对提出的V形切口尖端裂纹起裂方向计算方法与判别准则进行了试验验证。     

平面应力Ⅰ型准静态扩展裂纹尖端场的弹粘塑性分析

由于材料率敏感性的影响,蠕变材料中裂纹尖端场的分析更加复杂.采用弹粘塑性力学模型,并假设粘性系数为等效塑性应变率的幂函数,推导出理想弹塑性材料的一种率敏感型本构关系.通过量级匹配表明裂纹尖端场具有幂奇异性,奇异性指数由粘性系数中的幂指数唯一确定.推导出平面应力条件下准静态扩展裂纹尖端场的控制方程,并给出Ⅰ型裂纹的边界条件.采用双参数打靶法,结合各材料参数的可能取值范围,对控制方程进行了数值求解,并讨论裂尖场特性随各材料参数的变化规律.结果表明当材料服从理想塑性规律时,裂纹尖端的应力场是连续的,不存在某些无粘性解中出现的不合理间断线.裂尖场应力强度由材料的粘性所控制,泊松比对于裂尖场没有影响,并且不存在弹性卸载区.     

带有两个非共线裂纹载流薄板的温度场

对于带有两个非共线直线裂纹的无限大载流薄板,当在无穷远处通人均布电流时,由于在裂纹尖端出现绕流和焦耳热集中效应,使裂纹尖端熔化形成焊口,而达到止裂的目的。寻找电流密度与裂纹尖端处热源功率之间的关系,板内温度场的分布状态、裂纹前缘温度值等等,是推广应用电磁热效应对导电体实施裂纹止裂的关键问题。文中采用“伪电流”和“伪热流”的方法,分别得到通电后域内的电流密度分布及温度分布,给出上述问题的解析解,并给出算例。     

含半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电时应力场分析

对纯弯曲载荷作用下含半圆形埋藏裂纹的金属构件在脉冲放电瞬间的应力场进行了理论分析,运用热传导、非定常热应力及汉克尔变换等理论,推导出应力场分布理论公式。由公式可知,在脉冲放电瞬间,电磁热在裂纹尖端形成热压应力场,压应力场能有效地抑制裂纹的扩展。对脉冲放电前后的含半圆形埋藏裂纹构件进行了超声波检测实验,利用超声波对比法测得脉冲放电后构件裂尖应力值,该应力值有所增大。     

电磁热效应止裂效果与电流通路尺寸关系的研究

从理论、试验和数值模拟三方面研究利用电磁热效应技术对具有单边裂纹的导体进行止裂时，由于裂纹尺寸不同使得导体中电流通路尺寸不同，从而导致裂纹尖端的温度场、温度梯度场分布状态的不同。理论分析、试验研究和数值模拟结果均表明：由于电流产生的焦耳热源的作用，能够在裂纹尖端处很小的范畴内熔化形成焊口，遏制裂纹的扩展；导体中裂纹的长度（即导体中电流通路尺寸）是影响裂纹尖端温度场和温度梯度场的主要因素。     

Numerical calculation and experimental research on crack arrest by detour effect and joule heating of high pulsed current in remanufacturing

The remanufacturing blanks with cracks were considered as irreparable. With utilization of detour effect and Joule heating of pulsed current, a technique to arrest the crack in martensitic stainless steel FV520B is developed. According to finite element theory, the finite element（FE） model of the cracked rectangular specimen is established firstly. Then, based on electro-thermo-structure coupled theory, the distributions of current density, temperature field, and stress field are calculated for the instant of energizing. Furthermore, the simulation results are verified by some corresponding experiments performed on high pulsed current discharge device of type HCPD-I. Morphology and microstructure around the crack tip before and after electro pulsing treatment are observed by optical microscope（OM） and scanning electron microscope（SEM）, and then the diameters of fusion zone and heat affected zone（HAZ） are measured in order to contrast with numerical calculation results. Element distribution, nano-indentation hardness and residual stress in the vicinity of the crack tip are surveyed by energy dispersive spectrometer（EDS）, scanning probe microscopy（SPM） and X-ray stress gauge, respectively. The results show that the obvious partition and refined grain around the crack tip can be observed due to the violent temperature change. The contents of carbon and oxygen in fusion zone and HAZ are higher than those in matrix, and however the hardness around the crack tip decreases. Large residual compressive stress is induced in the vicinity of the crack tip and it has the same order of magnitude for measured results and numerical calculation results that is 100 MPa. The relational curves between discharge energies and diameters of the fusion zone and HAZ are obtained by experiments. The difference of diameter of fusion zone between measured and calculated results is less than 18.3%. Numerical calculation is very useful to define the experimental parameters. An effective method to prevent further extensi     

New fault detection method based on reduced kernel principal component analysis (RKPCA)

Remanufacturing is the only way for sustainable development of mechanical equipment manufacturing. For remanufacturing blanks containing cracks, the primary task is the prevention of crack propagation to ensure effectiveness of the manufacturing processes to follow. When pulsed current passes through a specimen, due to the existence of crack, the temperature around the crack tips rises sharply and may even climb above the fusion point of the material, which causes the crack tip to become blunt. In this work, with compressor rotor blade material FV520B as a specimen, the distributions of current density, temperature field, and stress field are calculated at the instant of discharge based on the thermo-electro-structure coupled theory. The crack arrest experiment is performed on high pulsed current discharge device of type HCPD-I. By making comparisons of morphology, microstructure, and size of fusion zone and heat-affected zone (HAZ) around the crack tip before and after energizing, the relationships between the sizes of fusion zone and the HAZ and the discharge energy and the current path are derived. The obvious partition and refined grains around the crack tip are prominent because of violent temperature change. The experimental and simulation results are found in fine agreement. The high current pulsed discharge can be used effectively to prevent a crack to further expand and show substantial potentials for application in remanufacturing domain.     

金属板裂纹尖端电磁热场边界元解析

给出金属板在高密度电流脉冲下裂纹尖端电流肤效应和急剧发热升温解析的边界元法,本法在时频转换,差分格式和时变基本解等三种解法中采用时变基本解建立边界积分方程。文中列举钢板裂纹尖端电流密度和温度场算例,并与试验结果和温度场函数解分布曲线作了对比,吻合较好,本文为开发金属结构,轧辊及铸管模等电磁热止裂及延寿工艺技术提供高精度快速定量数值解法。     

带有空间双裂纹的金属拉伸试件脉冲放电止裂与力学性能

为解决电磁热裂纹止裂技术应用的学性能.应用热-电耦合的分析方法模拟研究带有预制双裂纹的标准合金钢拉伸试件脉冲放电止裂瞬时的温度场,并为实施止裂试验提供了工艺参数;应用ZL-2超强脉冲电流发生装置实现了空间双裂纹的止裂试验,放电后两个裂纹尖端附近均熔化形成焊口,裂尖的曲率半径在放电瞬间增大了几个数量级,可达到止裂的目的;借助微机控制电子万能试验机对止裂后的合金钢试件进行拉伸试验,并对止裂后裂尖处金相组织进行分析,研究断口的形态.研究结果表明:在合适的脉冲放电电压下,电磁热效应可以实现空间裂纹止裂,并有效地提高试件的力学性能.