电磁热效应裂纹止裂的实验研究

通过本文给出的实验表明 :利用电磁场的热效应对载流导体中的裂纹进行止裂是一种行之有效的方法 .在电磁场作用瞬间 ,由于裂尖处的热集中效应 ,能够使其在附近一定范围内熔化形成微小焊口 .由此 ,裂纹前缘处的曲率半径增加了 2～ 3个数量级 .同时 ,细化了裂纹前缘的显微组织 ,提高了材料的韧性 ,显著地减少了应力集中 ,阻止了干线裂纹源的形成 ,可有效地遏制了裂纹的扩展 .文中介绍了实验原理、方法和结果 ;讨论了一些参数之间的关系 .

电磁热效应裂纹止裂研究的进展

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集中效应，能够在附近的一个很小范围内熔化形成微小的焊口，裂纹前缘处的曲率半径瞬间增加了２～３个数量级，显著地减少了应力集中，阻止了干线裂纹源的形成，有效地遏制了裂纹的扩展。本文阐述了这一物理过程的研究现状、进展情况以及未来应用前景．

电磁热效应对35钢裂纹尖端组织及止裂效果的影响

在自制的ZL 1型超强度脉冲电流发生装置上 ,对 35钢的电磁热效应裂纹止裂效果进行了初步研究。结果表明 :利用电磁热效应可在放电瞬间在裂纹尖端形成焊口 ,使裂纹尖端曲率半径增大 ,达到抑制裂纹扩展的目的。

电磁热效应裂纹止裂中绕流屏蔽效应的数值模拟

本文采用数值模拟方法研究了电磁热效应多裂纹止裂中的绕流屏蔽问题，在数值模拟中应用了热-电耦合(焦耳热问题)的分析方法。计算结果表明：由于裂纹的存在导致电流热集中效应，使裂尖处金属熔化形成焊口，遏制了裂纹的扩展；在多裂纹导体中通入相同电流时，多裂纹间的绕流屏蔽效应并不十分明显，裂尖的温度和温度梯度主要取决于裂纹的长度；随着裂纹长度的变化，裂纹尖端的温度场和温度梯度场均有很大的变化，本文给出了它们的定量分析结果。

电磁热效应止裂效果与电流通路尺寸关系的研究

从理论、试验和数值模拟三方面研究利用电磁热效应技术对具有单边裂纹的导体进行止裂时 ,由于裂纹尺寸不同使得导体中电流通路尺寸不同 ,从而导致裂纹尖端的温度场、温度梯度场分布状态的不同。理论分析、试验研究和数值模拟结果均表明 :由于电流产生的焦耳热源的作用 ,能够在裂纹尖端处很小的范围内熔化形成焊口 ,遏制裂纹的扩展 ;导体中裂纹的长度 (即导体中电流通路尺寸 )是影响裂纹尖端温度场和温度梯度场的主要因素。

脉冲电磁热效应夹板促进骨折愈合的临床研究

为探讨脉冲电磁热效应夹板促进骨折愈合的作用 ,随机选择年龄 18～ 4 5岁住院治疗的胫腓骨中下段新鲜骨折的病人 ,3 0例为观察组 ,每天用脉冲电磁热效应夹板治疗 6小时 ;3 0例为对照组 ,用传统小夹板等固定。通过放射学检查比较两组骨折愈合级别。结果显示 ,骨折愈合级别比较 6周后观察组明显高于对照组 (P <0 .0 5～ 0 .0 1)。表明脉冲电磁热效应夹板有明显促进骨折愈合作用 ,其效果与使用时间呈正比。

电磁热效应止裂效果与裂纹走向关系的研究

采用理论、实验与数值分析的方法研究了在电磁热效应裂纹止裂中 ,由于裂纹走向不同导致裂纹尖端的温度场、温度梯度场分布状态的不同 ,并定量计算了它们的分布规律和差值。数值模拟计算应用了耦合场理论中热 电耦合 (焦耳热问题 )的分析方法。三方面的研究结果均表明 :在裂纹尖端处 ,由于电流产生的焦耳热源的作用 ,能够在很小的范围内熔化形成微小的焊口 ,遏制了裂纹的扩展 ;裂纹的走向是影响裂纹尖端温度场数值和温度梯度场变化即电磁热效应裂纹止裂效果的主要因素之一。

金属构件中裂纹的电磁热效应局部跨越止裂

采用理论分析和实验研究的方法讨论了应用电磁热效应对金属构件中裂纹实施局部跨越止裂的技术。在带有裂纹的模具钢构件上取样,对裂纹处通过点电极进行局部跨越脉冲放电。实验研究和理论分析结果均表明:跨越止裂可以使导体中局部裂纹在裂纹尖端处很小的范围内熔化形成微小的焊口,实现了钝化止裂,遏制了裂纹的扩展。通过对止裂后裂尖的金相组织观察和力学性能测试发现:超细化的条状马氏体、极少量残余奥氏体和细颗粒碳化物的出现极大地提高了裂纹尖端的硬度、韧性和耐磨性。

电磁热效应对T7钢的裂纹止裂

利用电磁热效应原理 ,在自制的 ZL- 1型超强度脉冲电流发生装置上 ,对 T7钢的裂纹止裂效果进行了初步研究。结果表明 :对试件实施放电瞬间 ,在裂纹尖端处形成焊口 ,使裂纹尖端的曲率半径增大 ,达到抑制裂纹扩展的目的。同时 ,对裂纹尖端热影响区的组织进行了分析 ,并讨论了因快速加热和冷却作用所获得细小淬火马氏体组织及热压应力和相变压应力对止裂效果的影响。

煤矿井下爆炸性环境下电磁波热效应的安全性研究

GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》规定爆炸性环境中射频设备的阈功率不得大于6 W,该规定限制了大功率射频设备在煤矿井下的应用,而现有针对爆炸性环境电磁安全性的相关研究缺乏完善的理论分析和实验验证。针对上述问题,推导了电磁波热效应方程,分析得出影响电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体产生热能的可控参数为电磁波耦合时间、电场强度和电磁波频率。以GB/T 3836.1—2021中可能堆积煤尘的电气设备表面温度最高不能超过150℃的规定为依据,采用多物理场仿真软件COMSOL对不同发射功率的电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体的热效应安全性进行了仿真实验,结果表明:满足温度不超过150℃的电磁波热效应安全阈发射功率为16.48 W;随着电磁波发射功率的增加,电磁波热效应安全时长(电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体产生的热能不会使环境温度超过150℃对应的时间段)逐渐减少,但只要在安全时长内,电磁波的发射功率不受限制。

电动汽车无线充电系统对心脏起搏器的电磁兼容与热效应影响

近年来,无线电能传输系统应用于电动汽车充电过程中所产生的电磁辐射安全问题引起了广泛关注。该文构建了无线电能传输系统及心脏起搏器电磁仿真模型,并且计算了电动汽车无线充电系统不同功率等级下的最小安全距离,研究分析了无线电能传输系统对心脏起搏器的电磁兼容与热效应影响。仿真结果显示,不同功率等级下在其相应的最小安全距离处,心脏起搏器磁场强度值均小于磁场强度限值150A/m,说明电动汽车无线充电系统不会对心脏起搏器产生电磁干扰。人体各器官最大温升值均小于1℃,因此该系统所产生的电磁热效应不会对人体造成伤害,同时心脏起搏器的最大温升小于规定的2℃,因此心脏起搏器在该系统电磁辐射环境下所产生的热效应不会对其造成影响。

电磁生物非热效应的理论分析

应用量子力学推导出电磁生物非热效应的公式,即单位时间入射到生物组织内的光子数与分子振动维数的关系式.该公式表明:电磁生物非热效应与辐射功率无关,仅取决于生物组织的结构.根据共振吸收的普遍性和生物组织的结构所具有的自适应性,提出"共振自适应"理论,并用其来解释电磁生物非热效应.

电磁热裂纹止裂中的尺寸效应

研究了在载流的无限大导电薄板中，瞬间形成穿透裂纹的几何尺寸（长度）、板的厚度对裂纹尖端处电磁热止裂效应的影响．通过算例表明：瞬间形成裂纹的几何尺寸是影响裂尖温度场的主要因素之一．

含有裂纹的Al-Mg合金构件电磁热止裂

利用自行研制的ZL-2型超强脉冲电流发生装置对带有单边裂纹的Al-Mg合金试件进行电磁热止裂实验,并对放电前后裂纹尖端的微观组织进行对比分析;采用热-电-结构耦合的数值分析方法求得放电后试件的电流密度场、温度场及热应力场;从理论上计算放电后的电热应力强度因子。结果表明:放电电压对止裂效果存在最优值;在适当的强脉冲电流作用下,裂纹尖端在小范围内被瞬间强化加热,随后在极大的热压应力作用下快速冷却,组织发生明显变化,晶粒得到细化,并围绕裂纹尖端形成等值压缩热应力,对裂纹尖端有"夹紧"作用,进而阻止裂纹扩展。

45钢焊接接头电磁热强化及力学性能分析

焊接接头在焊接结构中属于薄弱环节,力学性能一般比母材差。选择45钢标准焊接拉伸试件,通过ZL 2型超强脉冲放电装置实现焊接接头电磁热强化;利用微机控制万能试验机进行了强化前后抗拉强度测试,对比分析了脉冲放电对45钢焊接结构焊缝力学性能的影响;并采用SEM进行了强化前后断口分析。结果表明,采用合适的脉冲电流强度,由于接头处电流的绕流热集中效应,焊接接头热影响区发生了超高速冲击淬火,生成了白亮组织,提高了强韧性,改善了焊接接头的力学性能,经过脉冲放电强化的焊接拉伸试件抗拉性能提高10%以上。

金属模具电磁热裂纹止裂研究的新进展

综述了在理论分析、数值模拟和实验研究方面,关于利用电磁热效应实现金属模具裂纹止裂研究的最新进展,所得结论可以为工程实际问题的解决提供指导。采用复变函数方法,建立了金属模具电磁热效应空间裂纹止裂的理论分析模型,求解了通电瞬间裂尖附近的热源功率、温度场和热应力场;采用电、热和机械场三场顺次耦合的有限元分析方法建立了金属模具中平面、空间裂纹电磁热裂纹止裂的数值分析模型;采用自制的ZL-1型和改进型ZL-2超强脉冲电流发生装置实现了金属模具试件中电磁热裂纹止裂;研究了各种实际金属模具中裂纹电磁热止裂后的修复。为将电磁热裂纹止裂应用到金属模具裂纹止裂中进行了基础研究工作。

含半埋藏空间裂纹的Cr12冷冲凹模电磁热止裂分析

对内表面含有半埋藏半椭圆裂纹的Cr12冷冲凹模进行了电磁热止裂研究。采用数值分析的方法,对放电瞬间的耦合场进行了分析,给出了半埋藏半椭圆裂纹尖端附近温度场的分布状态;通过ZL-2型放电装置实现了半椭圆裂纹切片试样的止裂实验研究。研究结果表明:脉冲电流放电瞬间,围绕裂纹尖端的金属熔化,钝化了裂尖,得到了超细化的金属组织,提高了裂纹尖端的机械性能,阻止了干线裂纹源的开裂趋势,达到了止裂的目的。在数值模拟研究过程中采用热-电耦合的分析方法,综合考虑了材料非线性、状态变化非线性和几何非线性,数值模拟结果与实验结果比较相符。

轴对称金属模具电磁热裂纹止裂温度场的分析

选择带有半埋藏环形裂纹的金属凹模为研究对象,通过金属凹模内外环面均匀通入强脉冲电流,应用电磁热效应实现了金属凹模中环形裂纹的止裂。采用复变函数的方法求解了脉冲电流放电瞬间裂纹尖端附近的温度场。由于脉冲电流放电瞬间,裂尖处电流绕流的热集中效应,在金属凹模内部,环形裂纹尖端金属的温升超过熔点,金属熔化,在金属凹模内部沿着环形裂纹尖端形成堆焊,致使环形裂纹尖端的曲率半径瞬间增大,阻止了干线裂纹源的开裂趋势。

45钢构件电磁热裂纹止裂后残余应力分析

对带有半埋藏裂纹的45钢金属构件进行电磁热止裂实验发现,止裂后,半埋藏裂纹裂尖处熔化、钝化,并有金属喷射现象;采用超声波对比测试法,分析了止裂前后试件内残余应力的变化情况,实验测得止裂后超声波声程减小,表明试件内部残余应力增大;通过ANSYS有限元软件,采用间接耦合方法,对半埋藏裂纹电磁热止裂过程进行数值分析,得到了止裂后构件内残余应力场的具体类型及分布情况。

含半埋藏共线双裂纹的Cr12合金钢试件电磁热止裂分析

应用ZL-2超强脉冲电流发生装置对带有预制双平行共线半埋藏裂纹的拉伸试件进行了脉冲放电止裂,放电后裂纹尖端熔化并形成高压应力区,使裂纹尖端钝化,达到了止裂的目的。采用数值模拟确定了止裂工艺参数,并确定了脉冲电流作用瞬间裂纹尖端的温度场和热应力场。研究结果表明:在合适的脉冲放电电压下,电磁热效应实现了空间半埋藏裂纹线形裂尖的钝化,并围绕两个共线裂纹尖端形成了热压应力场,同时实现了裂尖附近组织细化,可提高裂纹扩展的延展功,从而可减缓裂纹的扩展。