含双半圆形埋藏裂纹金属构件电磁热止裂研究

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电磁热止裂技术作为遏制金属构件内部和表面裂纹扩展的一项新技术,操作简单易行、止裂效果明显。目前国内外对单边裂纹、表面裂纹、半埋藏裂纹做了大量的理论研究和实验研究,但对于埋藏裂纹研究较少,特别是多裂纹问题研究更少,但是实际生产中产生的都是多裂纹,因此研究多裂纹问题更有意义。本文以此为出发点,对含有双半圆形埋藏裂纹问题,从理论分析、数值模拟和实验研究三方面开展了研究工作。利用流体力学中的绕流理论,依据水流在障碍物处绕流的原理推导出含双半圆形埋藏裂纹电流密度公式,由此推导出裂纹尖端处温度场分布公式和两个裂纹温度场的相互影响关系;通过非定常热应力及汉克尔变换等理论推导出纯弯曲载荷下裂纹尖端处应力场分布理论公式和两个裂纹应力场的相互影响关系。利用Ansys有限元软件对含有单裂纹和双裂纹试件进行了电磁热止裂数值模拟,模拟出温度场分布和应力场分布,对比分析了单裂纹和双裂纹温度场分布与应力场分布,可以看出两个裂纹之间温度场和应力场的相互影响关系。利用TZ-2H超声波无损检测探伤仪,探测埋藏裂纹的具体位置;利用ZL-2型超强脉冲放电装置完成含埋藏裂纹构件电磁热止裂实验;利用超声波对比法测试脉冲放电前后埋藏裂纹尖端处的残余应力变化情况;利用显微镜观察裂纹尖端附近组织;对构件进行冲击、拉伸、扭转性能测试,研究了止裂前后构件的力学性能的变化情况。本文通过理论计算、数值模拟两个方面研究了电磁热止裂时两个裂纹的相互影响关系,并通过实验研究验证了电磁热止裂技术应用到含埋藏裂纹构件的可行性和有效性,为电磁热止裂技术在实际工程中的应用提供指导。
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