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。     

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。     

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。     

用有限元研究金属构件裂纹的修补参数

金属结构的裂纹可以用加补强板的方法修补 ,但有限元程序计算表明 :选择补强板的参数应按照最大限度降低裂纹尖端应力的原则。笔者用实例说明修补裂纹只能延缓裂纹的扩展速度而不能根除裂纹的存在     

相变温度对焊接残余应力的影响规律及机理分析

通过对焊缝金属相变温度、相变膨胀应变和焊接接头残余应力的测试，分析了相变应力的产生及其对焊接残余应力的影响，相变应力不仅能够降低焊缝金属由于热收缩所引起的残余拉伸应力，而且在一定的条件下还可以产生残余压缩应力，论述了相变温度对焊接残余应力的影响规律以及获得残余压缩应力的相变温度范围，试验证明相变温度在100～300℃范围内，焊缝金属可以获得残余压缩应力，其中在190℃左右时残余压缩应力达到最大。     

一种应力诱发相变的超弹性NiTi记忆合金本构模型

采用隐式应力积分塑性理论,建立一个能够考虑超弹性Ni Ti合金相变行为的本构模型。该模型利用VonMises等效应力面构建记忆合金的相变面,描述记忆合金在力载荷驱动下的相变行为,并通过试验进行验证。研究表明,所建立模型能很好描述温度相关应力所引起马氏体的相变行为,同时对马氏体的逆相变行为也能进行合理地描述。     

球形压力容器埋藏裂纹的影响分析

疲劳、制造工艺及复杂应力状态都能够产生导致压力容器最终失效断裂的裂纹。鉴于对埋藏裂纹研究的相关文献较少,文中在验证有限元法可靠性的基础上,利用ANSYS及Franc 3D通过有限元法对球形压力容器轴向椭圆埋藏裂纹,从裂纹半径比a/c及扩展的两个方面,探究裂纹尖端张开型应力强度因子KΙ及裂纹面形态的变化。通过数值结果分析发现,a/c=1时可作为裂纹尖端KΙ分布情况和幅度大小的临界条件,而且裂纹在扩展过程逐步由椭圆形趋近圆形,同时不同裂纹角路径下扩展速率由其主导的应力强度因子大小决定。     

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。     

X形变截面橡胶密封圈应力有限元分析

总结了X形变截面橡胶密封圈的特点,基于有限元分析理论,借助软件ANSYS对X形变截面橡胶密封圈进行有限元分析。建立了X形变截面橡胶密封圈有限元模形,比较了X形变截面和X形橡胶密封圈最大综合等效应力情况。结果显示:X形变截面密封圈的应力集中部位主要集中在组合面尖角处,特别是内尖角处更易损坏。在同等条件下,此类X形变截面密封圈比X形密封圈最大等效压力值都大。在压缩率一定条件下,其最大Von M ises应力随油压而增加。在油压一定条件下,最大Von M ises应力并不总随压缩率而增加。     

X形变截面优化橡胶密封圈比较应力有限元分析

基于有限元分析理论,借助软件ANSYS对X形变截面优化橡胶密封圈进行有限元分析。建立了X形变截面优化橡胶密封圈有限元模型,比较了X形变截面优化密封圈与X形变截面和X形橡胶密封圈最大综合等效应力情况。结果表明:X形变截面优化密封圈的应力主要集中在组合面圆弧内角处,特别是内角处更易损坏;在同等条件下,X形变截面优化密封圈的最大等效压力值比X形变截面密封圈的小,比X形(即星形)密封圈的大;X形变截面优化密封圈可用于替代X形(即星形)密封圈使用。     

带有疲劳裂纹的35CrMo构件电磁热止裂强化

利用超强脉冲放电装置对含有疲劳裂纹的35Cr Mo钢试件进行电磁热止裂试验。放电后裂纹尖端熔化,裂尖钝化成微小的椭圆形,降低了裂尖处的应力集中;对放电后裂尖处的椭圆形钝化区与基体区的化学成分进行对比分析发现:椭圆形钝化区中Mn、Si、Mo质量分数增高,晶粒得到细化,提高了裂纹尖端微小区域内组织的硬度和强度;利用自主研发的多轴加载疲劳试验机对放电前后试件进行三点弯曲疲劳寿命测试,结果表明,经过电磁热止裂强化后的试件,疲劳寿命得到提高,较未放电的试件平均寿命提高了13%;采用热-电耦合的数值分析方法模拟求得放电瞬间裂纹尖端处的温度场;通过理论计算脉冲放电瞬间裂尖处微小区域的应变能密度因子,由于电热应力强度因子的作用,降低了裂尖处的应变能密度因子,有效阻止了裂纹的继续扩展,为电磁热止裂技术的应用奠定基础。     

Ⅰ-Ⅱ复合型多裂纹板的应力强度因子分析

利用有限元方法求解多裂纹板的应力强度因子,讨论了板的尺寸、裂纹长度比、裂纹间距比对应力强度因子的影响。通过单裂纹的数值解与解析解的对比,证明了有限元位移外推法求解应力强度因子的有效性。计算结果表明:两侧裂纹长度越小、离中心裂纹越远,对中心裂纹尖端应力强度因子的影响就越小;当板的尺寸W/a>8时可视为无限大平板,忽略板尺寸的影响;当L/b>9或h/b>6时,两侧裂纹对中心裂纹影响很小,可忽略裂纹之间的相互影响而分开考虑。     

基于金属磁记忆的宏观焊接裂纹识别方法

为研究焊接裂纹和其他缺口效应造成的应力集中对金属磁记忆信号的不同影响,利用小波分解的方法提取金属磁记忆信号的细节部分,对细节部分做离散Fourier变换后得到其幅值,该幅值是被测材料应力集中程度的一种反映。研究表明,通过反映应力集中水平的金属磁记忆信号特征,可以实现焊接裂纹金属磁记忆检测信号的自动识别及焊接裂纹的检测。     

小型水下作业设备相变热控技术研究

小型水下作业设备在海洋资源探测与利用领域扮演着重要角色。随着水下作业设备不断向多功能、智能化、长续航和大深度方向发展,设备内部功率元器件不断增多,散热问题日益严峻。文中提出了一种小型水下作业设备储热模块,采用相变材料被动吸热方式对设备内部发热元器件进行散热。研究了典型热功率条件下相变储热模块的热控性能,并对比了不同类型相变材料的热控效果。结果表明：相比于原有的自然冷却方式,低熔点金属镓相变储热模块可显著抑制热源的温升,将设备的正常工作时间有效延长至原来的2.7倍,起到良好的热防护作用;而有机相变材料因其传热性能差,反而阻碍了热量向外壳传递,恶化了设备的散热性能。文中提出的相变热控模块具有零功耗、储热密度大、工作性能稳定等特点。利用设备原有的壳体空间填充相变材料,不额外增加体积,不影响设备内部空间,可实现相变吸热和自然冷却耦合并行散热,有效防止设备内部器件或设备发生过热损坏,为水下无人作业设备持续、安全、稳定、高效工作提供热防护保障。