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。     

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。     

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。     

含半埋藏空间裂纹的Cr12冷冲凹模电磁热止裂分析

对内表面含有半埋藏半椭圆裂纹的Cr12冷冲凹模进行了电磁热止裂研究。采用数值分析的方法,对放电瞬间的耦合场进行了分析,给出了半埋藏半椭圆裂纹尖端附近温度场的分布状态;通过ZL-2型放电装置实现了半椭圆裂纹切片试样的止裂实验研究。研究结果表明：脉冲电流放电瞬间,围绕裂纹尖端的金属熔化,钝化了裂尖,得到了超细化的金属组织,提高了裂纹尖端的机械性能,阻止了干线裂纹源的开裂趋势,达到了止裂的目的。在数值模拟研究过程中采用热-电耦合的分析方法,综合考虑了材料非线性、状态变化非线性和几何非线性,数值模拟结果与实验结果比较相符。     

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。     

含纵向裂纹提升机主轴数值模拟分析

用数值模拟技术工具，以含纵向裂纹的提升机主轴为研究对象，分别求出裂纹位于轴心和近表面的主轴应力分布状况，利用ANSYS中子模型技术探讨了提升机主轴裂纹尖端应力应变场强度和三维裂纹J积分、应力强度因子K的计算技术，为轴类零件完整性评价判据的建立提供了一定的理论基础。     

基于多物理场耦合的高温掺合阀温度场数值模拟研究

为了研究柱塞式高温掺合阀在实际生产中流体域内温度场、速度场、压力场及阀耦合温度场的分布规律,分别采用理论计算方法和基于ANSYS的有限元方法对实际生产工况条件下该阀的流场、温度场进行耦合计算。给出了理论计算过程,为模拟分析提供依据,给出了流体域内温度场、速度场、压力场及阀耦合温度场的计算过程和结果。结果表明:阀内流体域分布中速度场分布与温度场分布整体吻合,态势良好;热流出口段窗口处温度梯度较大,且由于热流段流速较快,耦合过程中有一定射流现象;热流入口处沿径向温度梯度较大,说明隔热件发挥作用,隔热效果较为明显。     

ITER PF导体缩径成形工艺研究

针对超导极向场(Poloidal field, PF)超导导体外方内圆的结构特点,以ABAQUS软件分析为手段,采用四辊轮缩径成形工艺对导体缩径成形进行研究。对缩径成形原理、变形区金属的流动规律和横截面受力情况进行理论分析,设计四道次成形工序,并通过拉伸试验获得导体材料316L不锈钢的应力应变曲线。数值模拟结果表明导体缩径过程中应力应变分布不均匀,最大应力出现在接触位置后端,应变集中在四个圆角部位,符合金属流动最小阻力定律。在分析软件中测量变形后导体的截面尺寸,在规定的使用范围之内。在自主设计的成形机上进行试验,取5个不同截面测量尺寸并取平均值,所得结果与模拟结果相近,符合导体尺寸要求,验证了该成形方案的可行性。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

分形裂纹扩展对材料疲劳行为的影响

研究了分形裂纹扩展对材料疲劳行为的影响。在实验观测的基础上建立了分形裂纹扩展模型。研究表明，分形裂纹扩展分维Ｄ是裂纹弯折角θ的函数，分形裂纹扩展在裂纹尖端由于弯折而形成“局部混合模式”和裂纹的分形长度效应均很强地影响疲劳裂纹的有效应务强度与有效裂纹扩展速率。本文的理论民一些材料的实验结果取得了很好的一致。     

异种钢焊接接头脉冲放电强化与力学性能分析

采用电磁热止裂强化方法对异种材料焊接接头进行强化研究,对含椭圆形埋藏裂纹缺陷的焊接接头进行了脉冲放电数值分析,得到放电瞬间的热应力场和冷却到常温时的残余应力场,结果表明,脉冲放电瞬间焊接接头中的裂纹尖端温升超过材料熔点,裂尖钝化并产生了有利的残余压应力;对Q235和1Cr18Ni9焊接接头进行了电磁热强化试验研究,结果表明,试件通过放电强化,焊接接头的力学性能得到改善,抗拉强度提高19.4%,冲击韧性提高12.07%。     

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.