超硬铝合金试件中斜裂纹脉冲放电止裂

采用ZL-2超强脉冲放电装置实现了7A04超硬铝合金试件中斜裂纹的止裂实验.在瞬间超强脉冲电流作用下,裂尖前缘发生了强烈的绕流热集中现象,斜裂纹裂尖附近金属熔化,钝化了裂尖,阻止了干线裂纹源的开裂趋势.对止裂前后裂尖附近金属组织进行了显微观察,并对止裂前后裂纹附近的断口进行了对比分析;在万能材料试验机上对试件进行了拉伸力学性能对比测试.研究表明:在斜裂纹止裂瞬间,裂尖熔化,同时实现了组织超细化,提高了裂纹的扩展功,改善了试件的抗拉力学性能.     

电流密度因子及其分布规律

给出了具有裂纹的无限大导电薄板通入电流时，裂纹尖端电流密度因子的表达式，由电流密度与温度场的关系式进一步导出了电流密度因子与温度场的表达式，通过算例，描述了电流密度因子在裂尖附近的分布规律，为电磁热效应裂纹止裂方法的应用打下了理论基础。     

输气管道裂纹动态扩展及止裂技术研究进展

对输气管道裂纹动态扩展和止裂技术的研究工作进行了综合论述。讨论了输气管道裂纹动态扩展的止裂判据及输气管道止裂韧性的确定方法。将输气管道裂纹动态扩展中的流体-结构-断裂相互作用问题的力学模型归纳为—维梁模型、圆柱壳模型和有限元模型3种，介绍了有限元模型建立的原理和研究方法。研究结果表明，对于动态延性断裂的止裂，除了预测止裂韧性值，还应该预测裂纹扩展长度，以控制裂纹扩展造成的危害；对于高韧性钢管，应用传统的V型缺口夏比冲击实验(CVN)和落锤撕裂实验(DWTT)方法预测会产生与断裂无关的显著能量散失，因而须改进现有的方法或发展替代性的管道止裂韧性实验方法；确定裂纹尖端张开角是一种有发展前途的方法；改进现有有限元模拟方法的途径之一是采用适应裂纹扩展情况的重新划分网格技术，而不是采用固定网格的方法。     

含双半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电温度场分析

裂纹止裂技术是当前航空航天、船舶、军事及机械制造等许多工业生产和实际应用中急需解决的关键问题。针对含双半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电问题,在理论上推导出脉冲放电后裂纹尖端附近电流密度分布和温度场分布以及两裂纹相互之间的热影响关系,采用有限元软件建立了三维有限元模型。由理论计算与数值分析可知,两方法所得温度场分布规律一致,温度误差和相对误差分别为75.560℃、3.150%,并对含双半圆形埋藏裂纹金属构件进行了脉冲放电实验研究,脉冲放电后裂纹尖端熔化、钝化。     

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。     

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。     

脉冲电流下对AL6061合金进行熔孔止裂与愈合的仿真研究

Al6061铝合金常应用于航空航天领域蒙皮制造,因其中等硬度与低强度的弱点,在承受复杂载荷时容易出现微裂纹,进而影响服役安全可靠性。脉冲电流是一种极速、非平衡的金属材料微小裂纹修复工艺,可以克服该材料不易焊接修复的短板。本文在既有的实验基础上建立单边预制裂纹缺口模型,采用有限元仿真手段,进行了热-电-力三场耦合数值模拟,计算不同参数下裂纹区域的电场、温度场和应力场分布。使用“生死单元”法模拟止裂熔孔的产生,并获得了不同几何、物理参数下止裂熔孔尺寸变化的规律。结果表明：焦耳热形成的止裂熔孔降低裂尖的集中应力,抑制裂纹扩展,裂纹区域高温区与基体常温区形成温度梯度相互约束产生巨大的热压应力促使裂纹宽度减小,进而直至愈合;初始熔孔尺寸与裂纹长度成正比、与板厚成反比,最佳尺寸直径为0.1mm以内;电流值和电流加载时间均能控制熔孔生长,电流值一定时,当时间达到0.12s形成的熔孔尺寸超出最佳止裂尺寸范围。研究成果为特定金属材料的裂纹止裂与愈合提供了机理参考和仿真方法。     

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.     

运动裂纹止裂判据的一种新提法

从断裂动力学问题的非线性性质和能量观点出发，讨论了运动裂纹止裂判据的正确提法；指出了目前广泛使用的运动裂纹止裂判据的不适当性；提出了一种新的运动裂纹的止裂判据．研究表明，裂纹失稳扩展时存在一个极小的速度值     

含圆柱形夹杂金属构件脉冲放电温度场研究

针对含圆柱形非金属夹杂缺陷的金属构件脉冲放电问题,理论导出了圆柱绕流的电流密度分布,进而基于非傅立叶热传导方程求得升温阶段的温度场分布;采用有限元软件建立了含圆柱形非金属夹杂缺陷金属构件的二维有限元模型,从数值角度分析了温度场分布情况:沿通电方向夹杂两侧的温升几乎为零,垂直于通电方向夹杂两侧的温升最大,为2041.499℃。将理论计算与数值分析结果对比可知,两方法所得的温升比分布规律一致,最大温度误差和相对误差分别为17.486℃、3.485%。通过理论、数值两个方面分析验证了电磁热强化对含非金属夹杂缺陷的金属构件性能改善的有效性,为电磁热强化技术的应用奠定了基础。     

高频调幅交变电磁场金属液滴悬浮振荡的 3 维数值模拟

采用有限元方法模拟高频调幅交变电磁场以及液滴内流体流动, 金属液滴自由界面的追踪采用任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler, ALE)方法. 数值模拟得到了高频调幅交变电磁场、金属液滴内部液体流动和液滴表面形变的动态行为. 数值结果表明: 在高频调幅交变电磁场中, 金属液滴所受洛伦兹力集中在液滴内部近表面区域, 液滴受近似表面力的洛伦兹力激励; 在表面张力和重力的共同作用下呈周期性振荡, 液滴的振荡幅度起伏变化, 具备参数振荡特征. 对液滴振荡的频谱分析结果显示, 液滴振荡的主频和高频调幅交变电磁场的调制波频率相同, 在其倍频处也会出现较大峰值, 液滴振荡的频谱特征与高频调幅交变电磁场中金属液滴所受洛伦兹力的频率特性吻合.     

双辊薄带铸轧数值模拟研究现状及展望

由于铸轧过程复杂,工序高度凝聚且工艺参数间联系紧密,其中一些重要的现象无法通过现有实验条件进行测量,因此数值模拟方法成为探寻铸轧规律的一种有效方式,已经在有色金属以及钢铁铸轧领域得到广泛应用。本文对近年来采用数值模拟方法针对铸轧过程中熔池、铸辊、浇注布流系统、带坯组织及侧封板方面的研究应用工作进行了总结,并对电磁场、流场、温度场及应力、应变场等多物理场耦合计算的数值模拟技术在铸轧研究中的应用进行了展望。     

侧壁式感应加热中间包磁/热/流耦合模拟

提出一种新的中间包感应加热方式,建立了三种线圈模型,模拟研究了三种线圈模型的电磁力分布及其对中间包内流场和温度场的影响,并结合RTD曲线评估了最佳线圈模型和加热功率.结果表明:感应线圈向端部移动有利于改善浇注区远端钢液流动形态及温度分布;相同加热功率条件下,U形感应加热线圈优于E形感应加热线圈,且相较于双侧对称分布U形线圈,单侧U形线圈的热效率更佳,冶金效果更好;提高感应加热功率有利于改善钢液的流动和提高铸坯的质量;对于四流中间包,加热功率为800~1 000 kW时,可达到均温补热的效果.     

交流电磁场检测数值仿真及其信号敏感性分析

基于开发交流电磁场检测 (ACFM )可视化技术的需要 ,采用数值模拟方法对ACFM技术进行了探讨。以ANSYS软件系统为工具 ,建立了ACFM数值仿真模型。该模型解决了利用裂纹物理参数和几何厚度建模以及裂纹导致的奇异性处理两方面的问题 ,能够精确获得任意形状裂纹的电磁场分布。分析了材料性质与提离两种因素对磁场分布影响的敏感性。仿真结果表明 ,ACFM对磁导率、电导率和提离的变化均不甚敏感 ,与涡流检测技术相比 ,更适合于低碳钢的裂纹检测。此研究为开发ACFM装备的数字化样机提供了理论依据。     

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.     

多脉冲磁场下刚性导电薄板涡电流热效应分析

针对处于多脉冲磁场下感应加热系统装置中的刚性导电薄板,基于麦克斯韦电磁场方程组及导热微分方程,建立了涡电流场和温度场的理论模型.对涡电流初边值问题及由涡电流热效应引起的温度场定解问题的空间部分采用有限元法,时间部分采用Crank-Nicolson法,给出了计算程序的求解步骤,并进行了定量模拟.仿真结果表明,脉冲次数使得构件的涡电流和温度逐步增加,随后其大小趋于稳定的值,而后来的周期性脉冲只不过是保持这个恒定值不衰减.该结论为电磁感应加热设备的革新改造提供了有效的技术参考.