含圆形埋藏裂纹金属构件的止裂应力强度因子

采用理论分析和数值模拟两种方法,对带有圆形埋藏裂纹金属构件通入强脉冲电流前后综合应力强度因子进行分析。通过具体算例,得到放电后综合应力强度因子KI比放电前应力强度因子KσI降低了70%,证明了电磁热止裂的可行性;焊接接头内圆形埋藏裂纹止裂实验,验证了数值模型及结果;数值和理论分析放电后的综合应力强度因子相差11.6%,在工程计算误差范围内,数值分析验证了理论分析的正确性。     

脉冲放电裂纹止裂处的热处理研究

对含有裂纹的金属构件进行脉冲放电止裂时,裂纹尖端由于电流的绕流热集中效应,在瞬间使裂尖熔化形成焊口。由于裂尖附近超快速加热和冷却,金属材料完成了一次超高速冲击淬火。采用数值模拟计算了脉冲放电超快速加热时裂纹尖端温度、温度梯度场;通过脉冲放电止裂试验研究了裂尖超高速淬火全过程。通过对止裂后裂尖的金相组织观察和微观机理分析发现;超细化的条状马氏体、极少量残留奥氏体和细颗粒碳化物的出现明显提高了裂纹尖端的硬度、韧性和耐磨性。     

40GrNiMo试件单边裂纹在线止裂及组织分析

对带有单边裂纹的40GrNiMo金属薄板试件进行了脉冲放电在线止裂实验研究。在超强脉冲电流作用瞬间,单边裂纹尖端熔化、裂尖钝化,曲率半径增加了2～3个数量级,并在裂纹尖端处产生热压应力场,达到了遏制裂纹扩展的目的。止裂前后裂纹前缘的微观组织对比分析发现,止裂后裂尖处组织更加均匀细小,且裂尖处Cr原子数量增加,其他元素与Cr生成更多的合金组织,得到强韧性均高的微观组织,提高了止裂后构件的力学性能。     

低合金模具钢脉冲放电止裂的宏微观分析

在已形成裂纹的低合金钢冲模凹模上取样 ,对裂纹尖端实施脉冲放电止裂后的止裂效果进行了宏观和微观分析得知 ,脉冲放电止裂不仅钝化了裂纹 ,而且使止裂处的金属组织细化 ,显著地提高了抗断裂能力     

单边裂纹电磁热止裂强化的残余应力分析

建立带有单边裂纹的无限大金属薄板模型,给出脉冲放电瞬间的温度场,应用一维条件下的热弹塑性理论,导出了单边裂纹金属构件电磁热止裂后的一维残余应力解;对带有单边裂纹的导电薄板脉冲放电后裂纹尖端产生的残余应力进行数值分析,理论与数值分析结果基本吻合;对40CrNiMo试件的残余应力超声波无损检测发现,止裂后残余应力变大。研究表明,在对带有单边裂纹的导电薄板进行电磁热止裂时,裂纹尖端周围温度急剧升高,使得裂纹尖端受热膨胀,由于裂尖受到周围材料的刚性约束,在受热和冷却过程中会残留一个压缩塑性应变,其产生的残余应力可有效的抑制裂纹扩展。     

45钢构件电磁热裂纹止裂后残余应力分析

对带有半埋藏裂纹的45钢金属构件进行电磁热止裂实验发现,止裂后,半埋藏裂纹裂尖处熔化、钝化,并有金属喷射现象;采用超声波对比测试法,分析了止裂前后试件内残余应力的变化情况,实验测得止裂后超声波声程减小,表明试件内部残余应力增大;通过ANSYS有限元软件,采用间接耦合方法,对半埋藏裂纹电磁热止裂过程进行数值分析,得到了止裂后构件内残余应力场的具体类型及分布情况。     

Ⅲ型裂纹电磁热止裂分析

针对含Ⅲ型裂纹的金属构件,从理论、数值模拟和实验角度分析电磁热对其止裂强化的效果,导出了脉冲放电瞬间Ⅲ型裂纹尖端附近的叠加应力场分布。研究表明,受切应力的Ⅲ型裂纹通入脉冲电流后,裂尖处迅速升温,超过了金属的熔点,形成焊口,瞬间产生的热压应力场改变了受力状态下的Ⅲ型裂纹尖端附近的应力状态,使之成为抑制裂纹扩展的压应力,从而达到止裂的目的,证明了电磁热强化对在线Ⅲ型裂纹止裂的有效性。     

Cr12模具钢裂纹电磁热止裂的研究

采用脉冲电流发生装置对Cr12模具钢中裂纹进行了脉冲放电止裂。放电后,裂纹尖端金属熔化形成焊口和压应力区,使裂纹尖端钝化,达到了止裂的目的。同时在裂纹尖端处得到了超细化的隐晶马氏体和细粒碳化物等微观组织,极大提高了裂纹尖端处的硬度、强韧性和耐磨性。     

3Cr2W8V热疲劳裂纹的止裂与修复

运用电磁效应理论最新研究成果,采用脉冲放电方法,对3Cr2W8V热挤压凸模的热疲劳裂纹实施了止裂试验。止裂后的裂纹尖端变得十分圆整。达到了钝化止裂的目的。显微组织分析证明：止裂处出现了强韧性极高的超细化组织,改善了裂尖处的机械性能。止裂也为热疲劳裂缝刷镀修复创造了理想的先决条件。     

金属构件内埋藏椭圆形斜裂纹脉冲放电瞬间温度场的分析

采用数值分析的方法,研究了含埋藏椭圆形斜裂纹的金属构件放电瞬间的温度场,建立了带有空间裂纹的三维有限元分析模型。模拟了利用电磁热效应进行裂纹止裂的过程,得到埋藏椭圆形斜裂纹在不同倾斜角度情况下脉冲放电瞬间温度场的分布状态,给出了电流密度矢量图,分析了裂纹面倾斜角度对温度场的影响规律。计算结果表明,当通入的脉冲电流密度一定时,电流方向与裂纹面方向的夹角是影响止裂效果的关键因素。研究中同时采用ZL-2脉冲放电装置,完成了冷作模具钢模具中裂纹的电磁热止裂。     

含多裂纹的金属凹模脉冲放电止裂瞬间绕流屏蔽效应的数值模拟

采用热-电耦合有限元分析方法,对含多裂纹的金属凹模在脉冲放电瞬间电流的绕流屏蔽效应进行了研究,建立带有3个半埋藏弧形裂纹的有限元模型,模拟分析了在脉冲放电瞬间整个凹模温度场的分布状态。计算结果表明,在对含有多个裂纹的金属凹模进行脉冲放电止裂时,各个裂纹之间没有明显的绕流屏蔽效应。     

含有裂纹的Al-Mg合金构件电磁热止裂

利用自行研制的ZL-2型超强脉冲电流发生装置对带有单边裂纹的Al-Mg合金试件进行电磁热止裂实验,并对放电前后裂纹尖端的微观组织进行对比分析;采用热-电-结构耦合的数值分析方法求得放电后试件的电流密度场、温度场及热应力场;从理论上计算放电后的电热应力强度因子。结果表明:放电电压对止裂效果存在最优值;在适当的强脉冲电流作用下,裂纹尖端在小范围内被瞬间强化加热,随后在极大的热压应力作用下快速冷却,组织发生明显变化,晶粒得到细化,并围绕裂纹尖端形成等值压缩热应力,对裂纹尖端有"夹紧"作用,进而阻止裂纹扩展。     

构件中半埋藏裂纹在线止裂及力学性能分析

依据热-电耦合数值分析结果选择合适的脉冲放电电压,应用ZL-2超强脉冲电流发生装置,对带有半埋藏裂纹的45号试件进行拉伸载荷下脉冲放电止裂研究。放电止裂后,裂纹尖端瞬间熔化、钝化,达到了裂纹止裂目的。止裂中,试件在拉伸载荷作用下没有瞬间开裂。对止裂前后的拉伸试件通过冲击试验机、扭转试验机进行了冲击和扭转力学性能测试。研究结果表明,电磁热裂纹止裂可以有效提高试件的抗冲击和抗扭力学性能。     

脉冲放电对焊接接头的强化分析

对含有裂纹的16Mn焊接接头脉冲放电后的拉伸过程进行了数值模拟,分析了脉冲放电强化对裂纹前缘应力状态的影响.数值分析表明,经脉冲放电强化后,焊接接头受拉时裂纹前缘处的应力集中降低,抗拉性能得到了提高;对含有裂纹的16Mn焊接接头试件进行脉冲放电和拉伸性能试验.结果表明,通过脉冲放电强化,裂纹前缘钝化并产生了硬而韧的白亮层组织,试件的断口变得均匀、拉伸性能平均提高了17.8%.数值模拟和试验证实了电磁热止裂技术对降低焊接接头应力集中、提高其抗拉性能的有效性.     

单边裂纹电磁热止裂的动力学效应

对超强脉冲放电止裂瞬间产生的动力学效应及其对裂纹尖端的影响进行研究,通过位移势函数的求解给出准稳态各应力应变分量;通过拉氏变换得出具有动力学效应下的各应力应变分量。以单边裂纹的无限大薄板为例,具体计算出瞬时点热源下的准稳态和动力学效应两种情况下的裂纹尖端局部区域的应力及变化。研究结果表明,在点热源产生的很短时间内,动力学效应会在裂尖附近由于热击产生压应力的突变,带有惯性项的动力学效应能更有效的遏制裂纹的扩展。     

Influence of interaction between multiple cracks on stress corrosion crack propagation

The interaction between multiple cracks has a major influence on crack growth behaviours. This influence is particularly significant in stress corrosion cracking (SCC) because of the relatively large number of cracks initiated due to environmental effects. In the SCC experiments using alloy 600 in high-temperature environments, many cracks were observed on the surface of fractured specimens. In this study, the interaction between multiple cracks was evaluated using a crack growth simulation. Some improvements were made to the simulation to reduce the calculation loads, which made it possible to conduct the simulation for many cases. Through the simulation, the relationships between the interaction and relative position, relative length, etc. of cracks were examined. The influence of the interaction between multiple cracks on the experimental results is then discussed.     

电脉冲对金属铝箔的作用

通过对金属铝箔施加高密度脉冲电流的方法 ,从实验和理论上研究了电脉冲对金属铝箔的作用机制。实验结果表明 ,电脉冲对铝箔能够产生收缩作用 ,铝箔的收缩率与电脉冲充电电压和充电电容以及放电次数有关 ,充电电压越高 ,充电电容越高 ,放电次数越多 ,铝箔的收缩率就越大。分析认为 ,脉冲电流在铝箔中产生的电磁力是导致铝箔收缩的主要原因 ,而脉冲电流产生的焦耳热则不会导致铝箔熔化收缩。