带有中间裂纹载流薄板放电瞬间耦合场的数值模拟

应用耦合场理论采用数值分析的方法计算了具有中间裂纹的导电薄板在放电瞬间裂纹尖端区域附近的温度场、温度梯度场的分布状态 .计算结果表明 :由于电流产生的焦耳热源的作用 ,裂纹尖端处温度瞬时急剧升高 ,能够在很小的范围内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 ,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 .数值模拟采用了热—电耦合的分析方法 ,考虑了材料电阻随温度变化和电流流过生成的内热源间的相互作用 ,同时考虑了导热系数和比热随温度变化所产生的影响 .对于具有中间裂纹的载流薄板 ,根据结构、材质、边界条件及通电电流的对称性 ,计算得到了两个裂纹尖端完全对称的结果 .

带有两个共线裂纹载流薄板的温度场及热应力强度因子

采用复变函数的方法,给出带有两个等长度共线穿透裂纹的无限大载流薄板在瞬间电流作用下,裂纹尖端附近产生的温度场的表达式,得到温度在裂纹尖端的奇异特征。在通入垂直于裂纹的均匀电流作用下,由于裂纹的存在,裂纹尖端出现绕流现象,产生焦耳热,瞬时高温形成点热源。通过点热源在金属薄板内形成的温度场,可以导出裂纹尖端产生的热应力强度因子表达式。将其与外载荷产生的应力强度因子叠加,可建立通电状态下的断裂判据。算例分析表明,点热源在裂纹尖端附近产生的热应力强度因子为负值,可以部分抵消无穷远处施加的拉应力产生的应力强度因子的作用,进而达到止裂的目的。文中建立带有两个等长度共线穿透裂纹载流薄板的热应力强度因子的概念。其研究结果对工程结构实施电磁热效应裂纹止裂具有理论意义和实用价值。

载流薄板式流体滤波器性能研究

提出了一种载流薄板耦合振动式流体脉动抑制原理,研制了一种结构振动式流体滤波器,利用阻尼平衡孔和静压平衡容腔及薄板的振动衰减流体脉动能量,实现了流体谐振和结构谐振的共同滤波。利用小扰度理论对流体耦合作用下载流薄板进行了动力学分析,应用集中参数法分析了滤波器的动态特性,建立了传递矩阵模型,仿真分析得出了理论模型的一致结果。最后对实验样机进行了性能测试,通过对流体压力的时域及频域信号分析,证明滤波器在耦合共振频率点具有良好的流体脉动衰减效果,同时在其滤波带宽范围内,也具有一定的流体系统压力脉动抑制效能,验证了理论分析的正确性,为流体系统压力脉动抑制提供了新方法。

载流薄板内裂尖附近的应力场

研究了带有有限长裂纹的导电薄板在垂直于裂纹的方向上通入直流电流时 ,裂纹的止裂问题。在满足电磁量边界条件的情况下 ,根据导电体的麦克斯威尔方程 ,得到裂纹尖端附近焦耳热源功率的表达式。通过热传导方程的求解 ,推得尖端区域的温度场和应力场的计算式 ,并给出算例分析。从而表明在电流所产生的焦耳热源的作用下 ,裂尖处的温度将升高 ,并伴随着产生的压应力 。

机械载荷作用下单边裂纹载流薄板的应力场

采用坐标变换的方式,将单边裂纹载流薄板通电瞬间由温度产生的应力场表达式中的各应力分量分离,并用极坐标进行表示.给出了Ⅰ型穿透裂纹尖端附近的应力场的表达式.最后将温度产生的应力场与单向拉伸载荷作用产生的应力场相叠加,推导出用极坐标表示的机械载荷作用下单边裂纹载流薄板的应力场的表达式,并给出算例.

带有两个共线裂纹载流薄板温度场的复变函数解

采用复变函数方法对带有两个共线穿透裂纹的导电薄板 ,在瞬间电流作用下的温度场进行了计算。针对带有两个共线裂纹或夹杂的载流薄板形成了边值问题 ,给出封闭形式的解 ,得到了电流在裂纹尖端的奇异特征。在形成了点热源的基础上 ,导出裂纹尖端附近区域的温度场表达式 。

载流薄板中裂纹形成瞬间尖端附近的应力场

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,是为了达到延长其工作寿命,提高安全性、可靠性的一种行之有效的方法。本文在文献[1]的基础上,以导电弹性体的麦克斯威尔方程为出发点,借助于边界条件和初始条件,推得了载流无限大薄板在形成裂纹的瞬间,裂纹尖端附近电流密度、温度和应力的具体表达式。通过算例分析证实了:在给定参数的情况下,通入适当强度的电流时,在电流所产生的焦耳热源的作用下,裂尖区域处的温度将瞬时升高,同时伴有压应力的产生,从而可达到阻止裂纹扩展的目的。

电磁场中载流薄板的弯曲行为分析

在建立载流薄板的非线性磁弹性运动方程、电动力学方程和Lorentz力表达式的基础上,通过变量代换,将描述薄板的磁弹性状态方程整理成含有10个基本函数的标准Cauchy型。采用差分法及准线性化方法,将标准Cauchy型非线性偏微分方程组,变换成为能够用离散正交法求解的准线性微分方程组。通过算例,得到了电磁场与机械载荷联合作用下载流薄板的磁弹性应力与变形的数值解。变换电磁参量讨论了薄板的应力及变形的变化规律。结果表明,改变通电电流强度或者外加磁感应强度,可以改变载流薄板的应力与变形状态,达到控制薄板的受力与变形的目的。

带有两个非共线裂纹载流薄板的温度场

对于带有两个非共线直线裂纹的无限大载流薄板,当在无穷远处通入均布电流时,由于在裂纹尖端出现绕流和焦耳热集中效应,使裂纹尖端熔化形成焊口,而达到止裂的目的。寻找电流密度与裂纹尖端处热源功率之间的关系,板内温度场的分布状态、裂纹前缘温度值等等,是推广应用电磁热效应对导电体实施裂纹止裂的关键问题。文中采用“伪电流”和“伪热流”的方法,分别得到通电后域内的电流密度分布及温度分布,给出上述问题的解析解,并给出算例。

具有中心裂纹载流薄板拉伸时的应力强度因子

采用复变函数的方法,通过保角变换,推导出具有中心穿透裂纹导电薄板在通入电流和拉应力共同作用下,裂纹尖端附近的应力强度因子。并结合算例利用断裂判据来衡量电热效应的止裂效果,为裂纹止裂打下理论基础。

具有中间穿透裂纹载流薄板裂纹前缘的应力场

用复变函数方法研究了带有中间穿透裂纹的载流薄板在瞬间电流通入时,在裂纹尖端处由于电流集中及电磁热效应而形成的点热源的计算方法,进而推导并计算了由此热源在裂纹前缘产生的温度场和应力场。通过控制通入电流密度,可以使裂纹尖端温升达到熔化状态,至使裂尖钝化,由温升产生的压应力可以遏制裂纹的扩展。在文中讨论了裂尖附近材料的热传导系数、线胀系数、弹性模量随温度的变化,及其对应力场的影响。

载流薄板中裂纹形成瞬间尖端附近的热电磁场

给出了载流无限大薄板在形成裂纹的瞬间，尖端区域附近的电流密度以及由于集中效应而产生的焦耳热源功率表达式。在此基础上，通过对热传导方程求解温度场，得到了裂纹尖端区域的温度表达式．通过算例分析证实了：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．从而可达到阻止裂纹扩展的目的。

具有圆弧裂纹载流薄板的温度效应分析

给出含有圆弧裂纹的载流薄板在通入强大脉冲电流瞬间 ,裂纹尖端处温度场分布的复变函数解。该解是在首先求解通电瞬间 ,裂纹尖端处所形成的点热源功率的情况下得到的。它为进一步求解裂纹尖端处的应力场奠定了基础。文中给出的算例表明 ,适当控制通入的电流强度 。

各向异性磁介质中无限大载流薄板的磁场

利用各向异性磁介质中毕奥-萨伐尔定律,以及由此定律求出的,在各向异性磁介质中无限长载流直导线的磁场的基础上,进一步求出无限大载流薄板在磁各向异性介质中的任一点的磁场强度,拓展该定律的应用范围．

载流薄板裂纹尖端电磁应力研究

目的研究电磁应力对载流金属薄板裂纹的作用.方法根据电磁场理论,确定裂纹尖端附近的磁场,得出了裂纹尖端附近的电磁应力表达式,计算裂纹尖端的电磁应力.结果当电流密度为103～104 A/mm2的数量级时,裂纹尖端的电磁应力表现为指向金属内部的压应力,其数值可达数MPa到数百MPa.采用有限元数值模拟方法研究了金属裂纹尖端电磁应力的分布情况,理论分析和数值模拟结果吻合较好,相互验证了理论分析和数值模拟的正确性与可靠性.结论结果表明金属材料裂纹尖端受的电磁应力最大,并且这个力的大小随着电流密度的增加而增大,有使裂纹扩展的趋势.因此在研究裂纹止裂问题上,电磁应力的影响不容忽视.

带有曲线穿透裂纹载流薄板的温度场

采用复变函数的方法 ,对带有曲线穿透裂纹的导电薄板在瞬间电流作用下的温度场进行了分析和计算 ,得到了电流在裂纹尖端的奇异特征 ,形成了点热源 ,进而得到裂纹尖端附近的温度场 .理论计算结果与实验有较好的吻合 。

载流条形薄板的非线性应力与变形分析

在所建立的载流条形薄板的非线性磁弹性基本方程——运动方程、几何方程、物理方程和电动力学方程的基础上,通过变量代换,整理成含有10个基本未知函数的标准柯西型方程。采用差分及准线性化方法,将含有10个基本未知函数的偏微分方程组,变换成能用离散正交法编程求解的准线性微分方程组。由此计算分析两边简支条形薄板在电磁场和机械载荷耦合作用下的应力与变形,研究侧向电流和外磁场强度对载流条形薄板的磁弹性效应。

载流圆形薄板的磁弹性应力与变形分析

本文在建立非定常电磁场和机械载荷作用下载流圆形薄板非线性变形状态下的磁弹性二维关系方程和运动方程的基础上,对其在非簿态电磁场和机械载荷联合作用下的位移及应力进行了分析,获得了耦合场中一些参量的变化规律。通过具体算例,得到了载流圆形薄板在机械场和电磁场作用下的位移及应力与通电电流强度之间的关系,并解决了圆板中心处的奇异性问题,给出了在轴对称条件下的数值解。计算结果表明:改变通电电流及电磁感应强度的大小,可以改变载流薄板的应力和变形状态,达到控制薄板的受力和变形的目的。

载流环形板的热磁弹性分析

对置于磁场中的载流环形板的热磁弹性问题进行了理论分析,讨论了载流板的温度、应力、位移与外加电磁场、温度场以及机械载荷的关系.首先根据电动力学方程和广义欧姆定律得到了载流薄板的电流密度的分布,考虑到焦耳热效应及热平衡方程,得到了由于焦耳热效应产生的置于磁场中的载流环形板的温度场;同时引入了热传导方程,得到了外加温度场引起的环形板内部的温度分布,并认为两种温度场相互独立且满足叠加原理,从而得到了载流环形板的温度分布.其次在建立载流板壳的电磁场、温度场、机械场耦合非线性运动方程,物理方程、几何方程及电动力学方程的基础上,得到了板壳热磁弹性问题的基本方程.最后应用准线性迭代方法,得到了关于热磁弹性问题的线性迭代方程组,整理成含有8个基本未知函数的标准柯西型,即变换成能用离散正交法编程求解的准线性微分方程组,应用自编程序,得到该问题的数值解.变换电磁参量,讨论了载流环形薄板应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律;根据圆环形板的挠度与参量之间的变化规律,并通过实例证实了可以通过改变电、磁、力场的参数来实现对板壳的应力、应变状态的控制.

载流板中半无限裂纹形成瞬间尖端域的应力场

给出了载流无限大薄板在形成半无限长裂纹的瞬间，尖端附近的温度和应力的具体表达式．通过算例表明：在电流所产生的焦耳热源的作用下，裂尖区域处的温度将瞬时升高，并伴有压应力的产生，从而可达到阻止裂纹扩展的目的．