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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

含埋藏裂纹构件脉冲放电相变应力分析

对带有圆形埋藏裂纹的40CrNiMo金属构件进行了脉冲放电止裂强化实验。通过对脉冲放电后裂纹尖端的宏观形貌、相变区域与基体区的化学成分及显微硬度进行对比分析,发现相变区的组织得到了细化,其显微硬度得到大幅度提高;应用含有热源的非齐次非稳态热传导方程、相变动力学及等效夹杂等理论推导出了裂尖相变区域的相变应力理论公式。结果表明,裂尖附近相变区域形成了相变压应力,验证了电磁热效应对埋藏裂纹的扩展起到抑制作用。     

具有圆弧裂纹载流薄板的温度效应分析

给出含有圆弧裂纹的载流薄板在通入强大脉冲电流瞬间，裂纹尖端处温度场分布的复变函数解。该解是在首先求解通电瞬间，裂纹尖端处所形成的点热源功率的情况下得到的。它为进一步求解裂纹尖端处的应力场奠定了基础。文中给出的算例表明，适当控制通入的电流强度，可以达到有效控制裂尖熔化区尺寸以及形成焊口的目的。     

在役45钢构件半埋藏裂纹的电磁热止裂

应用自制的ZL-2超强脉冲电流发生装置,对带有半埋藏裂纹的45钢拉伸试样进行了拉伸载荷作用下的脉冲放电电磁热止裂;对止裂前后的拉伸试样通过微机控制电子万能试验机进行了三点弯曲试验,并对止裂前后裂尖附近的显微组织进行了对比分析.结果表明:电磁热止裂后,裂纹尖端瞬时熔化、钝化,达到了裂纹止裂的目的;在裂纹尖端附近的组织出现了细化,电磁热止裂后试样所能承受的最大弯曲力和抗弯强度分别较止裂前提高了约23%和25%.     

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.     

含埋藏孔洞缺陷金属构件电磁热止裂强化分析

电磁热效应可以实现含半埋藏裂纹、埋藏裂纹金属构件的止裂强化。针对实践中铸件和锻件内往往存在孔洞形式的缺陷,从理论和数值模拟角度分析了电磁热对其强化的效果,导出了球体绕流的电流密度和温度场分布。研究表明:孔洞缺陷可处理成广义埋藏裂纹缺陷,应用电磁热止裂强化是可行的。放电后,在垂直于通电方向,球形中截面上形成绕流现象,瞬间温度超过了材料的熔点,形成焊口,产生的热压应力显著降低了应力集中,从而抑制了孔洞缺陷受力时的扩展,达到了止裂强化效果。     

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.     

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