电磁热止裂的动力学效应研究

发布时间：2019-07-13 15:17

【摘要】：电磁热止裂技术是近几年发展起来的一种新型、实用的止裂技术。目前在理论及实验研究方面已取得了显著成就。本文在前人研究的基础上，根据脉冲放电瞬间在裂尖处会产生明显的“热击”现象，首次引入了带有惯性项的动力学效应分析，通过拉普拉斯变换、汉克尔变换，求解了带有惯性项的热弹性位移势方程，得出动态热应力随时间变化的关系式。分析结果表明：瞬间的热源不仅能使裂尖处钝化，而且在裂尖附近区域也会产生突变的压应力，该压应力可以有效地遏制裂纹的扩展进而达到止裂目的。本文从理论、数值和实验等三方面，对电磁热止裂的动力学效应进行了分析。 在理论分析方面，分别对单边裂纹和圆形埋藏裂纹进行了动力学效应分析。运用拉普拉斯变换的方法，分别对准稳态和带有惯性项的动力学效应两种情况下的热应力进行求解。并通过具体的实例分析了两种情况下的各个应力随时间变化情况。在单边裂纹和圆形埋藏裂纹研究的基础上，向圆形空洞裂纹的动力学效应进行了扩展。分析了圆形空洞裂纹在一次脉冲放电后的温度场分布。 在数值模拟方面，采用有限元软件ANSYS的热—电顺序耦合方法。首先模拟放电后含缺陷金属构件的温度场分布，然后转换到热—结构耦合场中模拟出脉冲放电完成瞬间的热应力分布。并将该数值分析结果与理论分析进行对比验证。 在实验研究方面，首先在疲劳机上预制出单边疲劳裂纹，在ZL-2型脉冲放电装置上对其进行放电实验。放电完成后，对裂尖附近区域的硬度进行实验。在圆形埋藏型裂纹实验方面，利用圆形薄片的冲压、焊接等工艺制备，并使用TZ-2H型超声波探伤仪对放电前后裂纹缺陷处残余应力的情况进行对比分析。 本文从理论分析、数值模拟及实验研究三个方面对含有不同裂纹形式的金属构件进行了电磁热止裂的动力学效应研究，，结果表明：在电磁热止裂中，动力学效应引起的瞬时压应力能有效遏制裂纹的扩展。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH113

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本文编号：2514087