金属模具电磁热裂纹止裂研究的新进展

综述了在理论分析、数值模拟和实验研究方面，关于利用电磁热效应实现金属模具裂纹止裂研究的最新进展，所得结论可以为工程实际问题的解决提供指导。采用复变函数方法，建立了金属模具电磁热效应空间裂纹止裂的理论分析模型，求解了通电瞬间裂尖附近的热源功率、温度场和热应力场；采用电、热和机械场三场顺次耦合的有限元分析方法建立了金属模具中平面、空间裂纹电磁热裂纹止裂的数值分析模型：采用自制的ZL-1型和改进型ZL-2超强脉冲电流发生装置实现了金属模具试件中电磁热裂纹止裂；研究了各种实际金属模具中裂纹电磁热止裂后的修复。为将电磁热裂纹止裂应用到金属模具裂纹止裂中进行了基础研究工作。     

脉冲电流作用下炮钢裂纹尖端的金相组织分析

利用材料的电热效应对炮钢进行裂纹止裂实验,并对裂纹尖端材料进行金相组织分析.结果表明:对带有裂纹试件进行脉冲放电裂纹止裂,裂纹尖端处瞬间形成微小焊口,尖端附近组织发生相变,不仅可以达到止裂的目的,还提高了材料的抗断裂能力.     

钢桥面板疲劳裂纹钻孔止裂分析及实验验证

对紧凑拉伸试样进行有限元分析,考察止裂孔边缘的应力分布情况,对比不同状况下裂纹尖端的力学特性,研究了孔径及附加孔对止裂效果的影响.结合钢桥面板局部模型实验,对开裂试件打孔止裂后进行疲劳实验,通过比较不同试件的疲劳寿命,对有限元分析结果进行了验证.分析和实验结果表明,经过止裂孔钻孔处理后,应力集中点位于试样预制裂纹直线延伸方向与止裂孔孔边缘相交处,相对于未打孔,裂纹尖端应力显著下降.裂纹尖端打孔止裂,能够提高构件疲劳寿命,且孔径越大,止裂效果越明显,孔径8mm以后,增大孔径所产生的止裂效果逐渐降低.不同孔径钻孔处理的疲劳试件,各阶段裂纹再次扩展速率相当,属于裂纹中速率扩展区,附加孔并没有影响裂纹扩展速率,但使疲劳寿命显著地提高.     

具有中间穿透裂纹载流薄板裂纹前缘的应力场

用复变函数方法研究了带有中间穿透裂纹的载流薄板在瞬间电流通入时，在裂纹尖端处由于电流集中及电磁热效应而形成的点热源的计算方法，进而推导并计算了由此热源在裂纹前缘产生的温度场和应力场。通过控制通入电流密度，可以使裂纹尖端温升达到熔化状态，至使裂尖钝化，由温升产生的压应力可以遏制裂纹的扩展。在文中讨论了裂尖附近材料的热传导系数、线胀系数、弹性模量随温度的变化，及其对应力场的影响。     

导电体内部裂纹止裂新法的实验研究

介绍了导电体内部裂纹止裂的一种新实验方法。实验结果表明：利用电磁热效应对导体内部裂纹进行止裂不但是可行的,而且具有保持外力作用不变、方法简便、收效迅速、提高韧性等优点。其原理是在向导体通入脉冲电流的瞬间,裂纹尖端处的温度急剧升高,使材料熔化形成焊口同时在周围产生足够大的热压应力,破坏了干线裂纹源的形成,遏制了裂纹的扩展。     

金属材料裂纹尖端温度场和热应力场的数值模拟

用数值模拟方法研究了金属裂纹尖端的温度场和热应力场的分布情况.模拟结果表明,由于金属材料裂纹尖端的绕流效应而导致金属材料裂纹尖端产生焦耳热源,焦耳热源能够在裂纹尖端很小的范围内熔化形成焊口,从而使裂纹尖端处的曲率半径显著增大.同时,在裂纹尖端附近在放电过程中将产生很大的热压应力,可显著地减少甚至是消除裂纹前缘处的扩展应力,抑制了裂纹的进一步扩展,达到止裂的目的.     

带有边缘裂纹的导电薄板跨越止裂的温度场

用复变函数方法给出了导电薄板在跨越止裂时温度场的理论解．将实施跨越止裂时的正、负电极比拟为电流场中的源和汇，从而导出了在瞬间电流作用下，裂纹尖端附近区域因绕流而形成的温度场．理论分析与数值计算及实验结果进行了对比，数值相近，变化规律相同．     

导电薄板通电瞬间绝热裂尖处温度场的复变函数解

采用对通电瞬间的导电薄板中绝热裂纹尖端放置等效热源的方法。给出了温度场的复变函数解,从而确定了裂尖附近的温度分布,为进一步确定裂尖附的近的应力场奠定了基础。     

含半无限长裂纹导电薄板的热电磁止裂问题

对含半无限长直线裂纹的无限大导电薄板的热电磁止裂问题进行了研究。以导电弹性体的麦克斯威尔方程为出发点,推得了在向板内通入电流的瞬时,裂纹尖端附近电流密度的表达式。在此基础上,通过对热传导方程的求解,得到了裂纹尖端区域处温度的具体表达式。最后,给出了算例分析,表明适当强度电流的通入,可在相应的瞬时内使裂纹尖端处熔化,形成焊口,从而达到裂纹止裂的目的。     

电磁热裂纹止裂中的尺寸效应

研究了在载流的无限大导电薄板中,瞬时形成穿透裂纹的几何尺寸（长度）,板的厚度对裂纹尖端处电磁热止裂纹的影响,通过算例表明：瞬间形成裂纹的几何尺寸是影响裂尖温度场的主要因素之一。     

薄壁压力容器Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹的塑性区研究

裂纹尖端塑性区对裂纹的扩展和失稳扩展起着关键作用。此文针对薄壁压力容器结构中可能出现的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹,利用Mises屈服条件对裂纹尖端塑性区的分布进行了研究,推导出两向拉伸斜裂纹尖端塑性区分布的数学表达式。用线弹性断裂理论推导了裂纹开裂角度与裂纹角的关系,并用数学软件Matlab描述了在临界状态下不同裂纹角所对应的裂纹尖端塑性区的轮廓线。     

脆性材料斜裂纹断裂与损伤耦合分析

对单向拉伸的斜裂纹,应用西多霍夫损伤模型和断裂力学耦合分析方法,推导出脆性材料斜裂纹损伤区与断裂区的边界方程,确定了脆性材料斜裂纹初始损伤区和断裂区的径向尺寸.提出了裂尖断裂区内径向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,即裂尖断裂区内径向最小应变能(RMSE)判据,从而确定了脆性材料斜裂纹在断裂区边界上的开裂角.最后确定了不同裂纹倾角起裂点的坐标.     

滑动接触效应对裂纹尖端J积分值影响分析

采用断裂力学和有限元法对无润滑摩擦条件下滑动接触效应对摩擦表面裂纹尖端J积分值的影响进行研究,分别得到了不同摩擦因数、接触压力、裂纹长度和裂纹形态下裂纹尖端J积分值的变化规律.结果表明:摩擦效应对裂纹尖端J积分值的影响因裂纹形态不同而变化;对于竖直型裂纹,摩擦效应的增加加剧了裂纹尖端J积分值的变化;对于斜裂纹,在滑动至裂纹附近时,摩擦效应的增加减弱了裂纹尖端J积分值的变化.裂纹尖端J积分值波动幅度随着接触压力的增大而增大.相同接触压力和摩擦效应下,裂纹与滑动速度方向的夹角越小,裂纹尖端J积分值变化越显著.裂纹尖端J积分值随着裂纹深度的增加先增大后减小.     

用正电子湮没技术研究Ⅰ型裂纹尖端附近的损伤区

用正电子湮没技术研究LY12CZ铝合金材料裂纹尖端附近的损伤区,采用正电子湮没寿命谱的两态捕获模型,将正电子在缺陷中湮没的平均寿命τ作为损伤变量的参量,得到裂纹尖端附近区域损伤值D的分布,并发现从裂尖到离裂尖大约1／2板厚处范围内具有三维效应。