电触头表面裂纹扩展机理研究

采取不同电流等级及不同触头闭合压力,对银基触头材料表面的裂纹扩展现象进行了分析研究．通过实验分析证实,电弧能量和触头闭合压力是造成触头材料表面产生裂纹的重要原因．同时,给出了触头材料在电弧能量和触头闭合压力双重载荷作用下裂纹产生与扩展的条件．     

交流继电器熔焊现象实验分析

为分析交流继电器的熔焊现象,利用自制实验装置开展了交流继电器的熔焊实验.研究结果表明:电寿命实验中继电器接触电阻波动较小.电寿命初期继电器闭合电弧能量和燃弧时间较小,在电寿命末期出现了触头闭合弹跳现象,导致闭合电弧能量和燃弧时间明显增加.闭合电弧的燃弧时间及电弧能量局部稳定.电弧侵蚀造成触头表面形貌恶化是导致触头熔焊并失效的主要因素.研究结论有助于交流继电器的优化设计,减少交流继电器熔焊现象的发生.     

AgNi触头材料电弧侵蚀形貌的类型及其形成机理

在CKS触头材料试验机上,对不同Ni含量的AgNi触头材料作了分断试验,试图解释在电弧侵蚀过程之后.由分断电弧引起的各种表面形貌形成的机理.首次探讨了由单次分断电弧烧蚀成的阳极和阴极表面的侵蚀形貌特征,归纳了由单次和多次电弧烧蚀引起的8种表面形貌类型,解释了这些表面形貌类型的形成机理和在电弧侵蚀过程中的作用.     

电弧力对触头表面形貌特征的影响

根据触头材料电弧侵蚀的开断实验及实验后触头表面的微观分析,发现触头表面电弧侵蚀形貌特征与电弧力有直接关系。通过进一步研究,提出了电弧力是导致液态金属流动和形成液态喷溅状、斑点状形貌特征的主要原因,并进行了深入的理论分析。     

电流电弧作用下触头表面热过程的数值计算

在电弧热源正态分布于触头表面的情况下，根据正态分布的数学特征确定了电弧能量与电弧形状关系，并建立了触头传热模型；阐明了如何利用焓法处理相变过程，如何运用无量纲化的焓H和温度θ的关系简化求解温度的过程，同时运用传热模型对电流下的触头熔化过程进行了仿真。仿真结果显示：触头熔化的体积几乎随弧根半径的增加而线性增加。     

含微量添加剂的AgSnO2触头材料电弧侵蚀机理

针对具有不同微量添加剂（ＷＯ３，Ｂｉ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３）的ＡｇＳｎＯ２触头材料进行了大量分断电弧侵蚀试验和表面微观测试分析．在此基础上，从添加剂的助润湿性、添加剂对熔融液态银粘滞性的影响、添加剂的热稳定性等方面，研究了添加剂对ＡｇＳｎＯ２触头材料电弧侵蚀机理及侵蚀表面形貌特征的影响．     

开关电弧材料侵蚀研究

根据电接触与电弧理沦,对开关电器常用的银基触头材料的电弧侵蚀现象做了试验研究,通过对试验后触头表面的微观分析得出了一些有参考意义的结论.     

电弧对银金属氧化物（AgMeO）触头的熔炼和侵蚀特性

在快速试验机上对ＡｇＣｄＯ和ＡｇＳｎＯ２触头材料进行了大量分断电弧侵蚀试验．利用扫描电镜（ＳＥＭ）对熔层表面进行微观测试，并且利用能量扩散式Ｘ射线衍射仪（ＥＤＡＸ）对熔层表面进行成份分析、研究了熔层表面的微观组织结构，分析了触头气孔的形成机理和裂纹的产生原因与抑制途径，探讨了触头的耐电弧侵蚀能力与熔层组织结构的关系．研究发现，随着电弧作用次数的增加，银基触头材料熔层组织结构经历调整态和准稳定态两个阶段，准稳定态阶段中Ａｇ与第二相组元的含量比例稳定在一定范围．     

直流电弧对制备工艺和添加剂不同的Ag/SnO2触头材料的侵蚀研究

利用研制的小容量ASTM触头模拟动作与电性能测试系统,在直流14V、10A、灯负载条件下,对采用雾化法、混粉法和化学法3种制备工艺,添加WO3、Bi2O3、CuO与In2O3微量添加剂的8种Ag/SnO2触头材料,分别进行了45,000次连续通断试验.期间测量了8种Ag/SnO2触头材料的质量、燃弧能量、熔焊力、燃弧时间、触头温度和接触电阻,用SEM和EDAX测量与分析了8种Ag/SnO2触头材料的表面形貌与微区组份,对比分析了直流电弧对继电器环境下采用不同制备工艺和微量添加剂的Ag/SnO2触头材料的侵蚀性能.     

电触头材料转移方向反转及电弧转换的突变模型

对电弧作用下电触头材料转移方向反转及金属蒸气电弧向气体电弧的转换虽进行许多试验研究.但是至今尚没有应用系统科学的观点加以描述.本文首次在电接触研究中应用突变理论的观点,建立了材料转移方向反转的尖点突变模型,指出存在两种不同类型的反转模式;借助蝴蝶型突变分析了从金属蒸气电弧向气体电弧转换的条件及其规律,论述了电源电压、电弧电流、负载电感、触头间隙等参数对转换的影响,从而使得预见和控制金属蒸气电弧向气体电弧的转换成为可能,并指出在一定条件下,存在折衷电弧.     

管道承压能力逆转原因探讨

比较了金属材料中短裂纹与长裂纹的扩展差异,短裂纹的扩展表现为裂纹的群体行为,短裂纹不仅会在应力作用下发生扩展,而且裂纹之间还有相互作用,相邻裂纹会在扩展的基础上发生合并,形成主导裂纹,而长裂纹的扩展表现为裂纹的个体行为。管道在制造、运输、敷设过程中产生的裂纹和缺陷是产生“承压能力逆转”的原因。用断裂力学中裂纹扩展的原理分析和研究了管道产生“承压能力逆转”的过程,并提出了相应的防范措施。     

LY12-R合金厚板件热处理裂纹分析

国产LY12-R厚板材在零件生产的淬火过程中多次出现热处理裂纹。对LY12-R厚板件的化学成分和力学性能进行了分析,借助光学显微镜和扫描电镜观察了裂纹的宏、微观形态及断口形貌,分析了裂纹与金相组织的关系。指出了造成热处理裂纹的主要原因是过烧和第二相粒子夹杂,提出了预防过烧的措施。     

楔形钻齿作用下岩石破碎及微观劣化过程

从理论分析和数值模拟两方面研究楔形钻齿侵入岩石过程中径向裂纹和侧向裂纹的扩展情况。首先根据Marshall的试验研究,分析考虑钻井液压力、侧压作用下岩石在楔形钻齿侵入过程中径向裂纹与侧向裂纹的极限长度公式和最佳齿间距公式,讨论钻井液压力、侧压和齿间距对裂纹扩展的影响;然后利用离散单元方法(PFC2D)研究楔形钻齿侵入过程中岩石的失效以及裂纹扩展情况。研究表明:随着侧压增大,临界侵入深度变大;钻齿下方的损伤区域变小,并且损伤区域变得相对比较平坦,不再凸入岩石内部;钻井液压力增大对径向裂纹的扩展以及损伤区域的扩大有促进作用,径向裂纹长度以及损伤区域随钻井液压力的增大而增大,但损伤区域随着钻井液压力的增大越来越凸入岩石内部;钻井液压力对侧向裂纹的萌生和扩展有抑制作用;合理的齿间距可以产生侧向裂纹重叠区,促进岩石的破碎,提高破岩效率;理论分析结果和数值仿真结果较一致。     

Analysis of Three-dimensional Crack Propagation by Using Displacement Discontinuity Method

A technique for modelling of three-dimensional (3D) quasi-statically propagating cracks in elastic bodies by the displacement discontinuity method (DDM) was described. When the crack is closed,the Mohr-coulomb rule on the two contacted surfaes of the crack must be satisfied. A simple iterattve method was adopted in ruler to consider three different states of cracks. Under the assumption that the advance of the point on the crack front would occur only in the normal plane which is through this edge point,the maximum energy release rate criterion is modified to be used as the criterion for the crack growth. With discretization,the process of crack propagation can be seen as the advance of the vertices of the crack front,The program MCP3D was developed based on thcse theories to simulate the 3D quasi- static crack propagation. A numerical example of a penny- shaped crack subject to tension and compression in an infinite elastic media was analyzed with MCP3D,and the results in comparison with others' show that the present method for 3D crack propagation is effective.     

Problems of antiplane strain of electrically permeable cracks between bonded dissimilar piezoelectric materials

The electrically pcrmeable slit crack within a piezoelectric body is treated as a bonded interface in electrostatics. The electric boundary conditions along the interface should be the continuity of the tangent component of the electric field strength and the normal component of thc electric displacement. Using such boundary conditions, the problems of antiplane strain of collinear cracks between bonded dissimilar piezoelectric materiala are exactly analyzed. Solutions of the complex potentials in a closed form are given for a single and two interface cracks. It is shown from the solutions that the stress, strain, electric field strength and electric displacement have (1/2) type of singularity at the crack tip, and the energy release rate for crack propagation depends only on both stress intensity factor and strain intensity factor.     

钢桥面顶板焊缝处共线双裂纹耦合扩展特性分析

为了研究钢桥面顶板与U肋焊缝处多疲劳裂纹间的耦合扩展效应,结合线弹性断裂力学理论与ABAQUS-FRANC3D交互技术,建立了钢桥面顶板-U肋焊缝处共线双疲劳裂纹的数值分析模型,对比分析了单裂纹和共线双裂纹的裂尖应力强度因子,揭示了裂纹间距、干扰裂纹尺寸对基础裂纹扩展特性的影响规律,并通过足尺节段试验对理论模拟进行了验证. 分析结果表明：共线裂纹相较于单裂纹的应力强化效应不可忽略,而相同尺寸双裂纹代表了多裂纹扩展的最不利情况,且当共线长裂纹的间距与裂纹长度比值s/c小于0.5时,裂纹交互影响因子及其扩展速率受耦合效应影响显著.     

水力压裂过程中水泥环裂缝扩展的数值模拟

射孔后水泥环内产生初始裂缝,压裂过程中裂缝的扩展将为环空窜流的发生提供通道。针对此问题,根据水力压裂流固耦合理论模拟水泥环径向裂缝在体积压裂过程中的扩展过程,分析了套管内压、水泥弹性模量、地层孔隙压力等参数对压裂过程中水泥环裂缝扩展长度的影响规律。结果表明：压裂过程中射孔段水泥环径向裂缝扩展过程主要发生在压裂初期,且缝口与缝尖处的压力差随着压裂的进行逐渐缩小。较高的地层孔隙压力、较低的套管内压与高强度低模量水泥有利于减小水泥环径向裂缝扩展长度,保证水泥环有效封固。本文研究结果可为水平井体积压裂的射孔簇间距与压裂段间距的选取提供参考。     

全层TiAl合金架桥韧带的作用研究

通过对直缺口近全层组织的扫描电镜原位拉伸实验以及相应的断裂表面观察,研究了全层铸状TiAl基合金组织两个团厚度拉伸试样的拉伸断裂机理.研究结果表明:新裂纹形核过程中架桥韧带的形成过程实质上降低了裂纹扩展抗力;在架桥韧带撕裂瞬间出现外加应力的增加,实际上是由于裂纹从一沿层开裂向穿层开裂过渡的结果.许多裂纹是表面裂纹,所以显微裂纹屏蔽的作用并不明显.     

齿轮线接触疲劳的模拟性研究——试样的正确设计与点蚀的力学成因

用光弹性应力分析,论证了美国卡特皮勒拖拉机公司的齿轮类线接触疲劳试样具有可靠的线接触模拟性;证明了用静应力场分析动载下接触疲劳裂纹形成与扩展的可靠性;并运用应力分布状况分析了裂纹可能的形成位置和扩展方向;揭示了应力状态与各种点蚀形貌及形成之间的关系,从而证明点蚀的形成及形貌是由表层应力状态决定的。     

三角缺口与圆形缺口起裂和裂纹扩展的晶体相场模拟

【目的】研究具有不同初始缺口的样品在单轴拉伸应变作用下裂纹起裂扩展的方式。【方法】采用晶体相场(PFC)法模拟不同缺口裂纹的扩展演化图及相应的应力分布。【结果】三角形裂口两侧裂纹起裂与扩展情况存在明显的差异,左侧裂口出现韧和脆两种类型的裂纹生长,而右侧的缺口是解理裂纹扩展;圆形裂口两侧的裂纹萌生,开始时表现为发射位错,然后形成空洞,随着裂纹进一步发展,逐渐转变为解理扩展。在应变施加初期,应变场强较弱,只在裂口附近有变化,形成二个环状的分布,在萌生裂纹的区域,出现应变集中。随着裂纹扩展,应变场环绕在裂纹周围,形成大的椭圆环状,在裂尖附近和位错区域,都存在应变集中。【结论】不同初始缺口对缺口起裂的时刻、方式和裂纹扩展有影响。