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利用电磁场的热效应对带有裂纹的载流导体进行裂纹止裂,是达到延长其工作寿命、提高安全性和可靠性的一种行之有效的方法。理论计算和试验观察都证明了载流导体中裂纹尖端处的热量集中效应,裂纹尖端附近的一个很小范围内会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,这样较大地减少了裂纹前缘处的机械应力集中,而且在裂纹尖端处产生了相当大的热压应力,有效地减小了裂纹尖端处的应力强度因子,抑制了干线裂纹源的形成,可达到止裂的目的。
本文基于脉冲电流跨越止裂,对工业管道裂纹止裂进行了模拟,并着重分析了力学条件对止裂效果的影响。将修正后的跨越止裂裂纹尖端附近的温度场表达式施加到有限元模型上,数值模拟得到了止裂后裂纹尖端附近的应力场和位移场,验证了试验观察。针对此结果,提出了用应力强度因子定义的跨越止裂后裂纹止裂的计算判据。最后,针对管道裂纹跨越止裂后裂纹尖端附近的变形,模拟了施加止裂环后对止裂效果的影响,并在此基础上综合考虑工业管道在役期间可能经受的工况,分别模拟了管道受扭矩、剪力和弯矩的作用对跨越止裂后裂纹尖端最大压应力和应力强度因子的影响,对工程实际有一定的指导意义。