单边裂纹电磁热止裂强化对比研究及裂纹扩展实验方法

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随着重工业的发展,金属材料被广泛使用,金属在加工和使用过程中会受到高温、高压、拉伸、冲击等各种载荷,所以在金属内部难免会产生裂纹,由于裂纹的存在,严重影响设备的使用安全和使用寿命,所以裂纹止裂是当前重工业生产和应用中急需解决的问题。利用电磁热效应来遏制金属构件内部和表面裂纹的扩展是新颖而又行之有效的方法之一。本文从理论上推出了Ⅲ型裂纹尖端附近的应力场,并用数值模拟的方法模拟了裂纹尖端的温度场和应力场,最后用实验的方法验证了脉冲放电后裂纹尖端熔融钝化,钝化的裂尖有利于阻止裂纹的扩展。用实验方法对比分析了脉冲放电对Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型裂纹的止裂强化效果,将Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型裂纹分别进行了拉伸、冲击、扭转的力学性能实验,并得出脉冲放电后Ⅰ型裂纹试件抗拉强度、Ⅱ型裂纹试件冲击韧性、Ⅲ型裂纹试件扭转强度各提高的百分比。并用数值模拟的方法模拟了脉冲放电瞬间裂纹尖端的热应力场和冷却后裂纹尖端的残余应力场。本文用数值模拟的方法模拟出电磁热止裂对裂纹扩展的影响。利用ANSYS有限元软件模拟了脉冲放电前后处于扩展阶段的试件在进行电磁热止裂时产生的应力强度因子变化情况,间接证明了电磁热止裂能够抑制裂纹的扩展。最后用实验的方法,探寻了裂纹长度的测量方法,即用直流电位法测裂纹长度与裂纹两端电压值变化的关系,并以AZ31B材料为实验对象,得到了AZ31B材料裂纹长度与电压关系的拟合曲线,为今后测量其疲劳裂纹的扩展速率提供实验依据。
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