THERMAL STRESS FIELD WHEN CRACK ARREST IN AN AXIAL SYMMETRY METAL DIE USING ELECTROMAGNETIC HEATING

In order to solve the thermal stress field around crack tip in metal die when crack prevention using electromagnetic heating, a metal die with a half-embedded round crack was selected as the study object. The complex function method was used as a basis for the theoretical model of the space crack prevention in metal dies using electromagnetic heating. The crack arrest was accomplished by a pulse current discharge through the inner and outer. The theoretical analysis results show that the temperature around the crack tip rises instantly above the melting point of the metal. Small welded joints are formed at a small sphere near the crack tip inside the metal die by metal melting as a result of the heat concentration effect when the current pulse discharged. The thermal compressive stress field appears around the crack tip at the moment. The research results show that the crack prevention using electromagnetic heating can decrease the stress concentration and forms a compressive stress area around the crack tip, and also prevents the main crack from propagating further, and the goal of crack preventing can be reached.

考虑温度影响的电磁轨道发射装置温度场与热应力分析

为探究温度对电磁轨道发射装置电枢电流密度和温度场的影响,分析了发射装置的热载荷来源,建立了电枢温度场理论计算模型,并对其进行求解。用脉冲成形网络对发射装置供电,采用有限元法,求出接触电阻随时间的变化曲线,在考虑电磁场-温度场-应力场等的情况下建立三维有限元计算模型,对比分析理想接触状态下、仅考虑接触电阻、既考虑接触电阻又考虑温度影响的3种状态下的电流密度、温度场及热应力。结果表明:3种状态下电枢最大电流密度的变化趋势相同,均为先急剧增大再急剧减小再缓慢减小,电枢最高温度和最大应力的变化趋势也相同,均为先缓慢上升再迅速上升最后缓慢减小趋于稳定,但考虑接触电阻与温度影响下的电枢最高温度和最大应力的峰值时间推迟,峰值增大;在发射过程中,电枢尾部首先开始熔化,随后热量向头部传播,在间隔0.3 ms后整个接触区域温度均超过熔点,电枢尾翼熔化厚度约为0.25 mm,接触电阻产生的热量发生在电枢臂尾翼纵向0.7 mm区域内。

镍铁矿热炉内温度与应力场分析

本文建立了三维矿热炉电-磁-热-应力多物理场耦合模型,利用数值模拟手段计算了熔池的电流密度和温度场,在同一位置选用了两种不同的炉衬材料,即高铝砖和碳化硅砖,计算了矿热炉炉体的温度场与热应力分布。结果表明:电流密度集中于电弧两侧,且满足交流电的趋肤效应和邻近效应原则。在炉膛底部,最高温度出现在熔池内的高温坩埚区正下方,达到2156 K。外炉壳的最大应力和变形位于Z=3.15 m高度处。使用高铝砖的矿热炉炉膛内保温性能和炉衬的使用寿命均优于碳化硅砖。

不同宽长比的柔性LTPS TFT的电应力可靠性

为了研究不同宽长比的柔性低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)的电应力可靠性,测试了器件的I-V特性,以表征器件在强电场直流应力下由于自热效应和热载流子效应带来的电学性能退化。通过瞬态电流法表征了器件在强电场直流应力下的时间常数谱,并对其产生的新陷阱进行定位,分析了产生陷阱的内在机理。结果表明,在相同的强电场直流应力下宽长比为3/2.5的器件,其电学参数变化最大,自热效应以及热载流子效应带来的影响也最大。自热效应导致器件性能退化的主要原因是较大的栅源电压导致Si/SiO2界面处和栅氧化层中的陷阱增多,而热载流子效应导致器件性能退化的主要原因则是由于较大的漏源电压使得漏极晶界陷阱态密度急剧升高。

Study on Mechanism of Concrete Failure Induced by Steel Corrosion under Externally Applied Direct Current

With the combination of electrochemical corrosion due to stray current in running tunnels of metro, the formula to determine the corrosion products of rebars in reinforced concrete subjected to externally applied direct current is proposed, and the influence of corrosion on stress in concrete is also discussed. Meanwhile, the concept of corrosion stress field and its mathematical formula are presented in the paper. Finally the failure mode of concrete and its shortest breaking time are also analyzed.

激光流速仪测量离心泵叶轮内流场特性研究

考虑到传统方法在测量离心泵叶轮内流场特性时受到实验硬件设施的影响,存在忽视测量区域的问题,提出了激光流速仪测量离心泵叶轮内流场特性研究。利用激光流速仪数值模拟了离心泵叶轮内流场特性的测量,弥补了流场特性测量在硬件设施上的不足,深入研究了离心泵叶轮内流场地分布、结构演变以及动静干涉,实现离心泵叶轮内流场特性的测量。实验结果表明,利用激光流速仪测量离心泵叶轮内流场特性时,叶轮内干涉区、隔舌附近以及离心泵叶轮后缘位置处的流场分布比较紊乱,存在复杂的流动现象,在测量离心泵叶轮内流场特性时应该加以重视。

华庆地区长6^3储层裂缝分布模型与裂缝有效性

鄂尔多斯盆地华庆地区上三叠统延长组长63油层组属于特低渗储层,裂缝发育、分布情况及裂缝的有效性已成为制约油气有效勘探开发的瓶颈之一。以统计法为基础,综合应用岩石破裂法和能量法,以非均质性储层有限元应力场模拟为手段,对华庆地区长63储层天然裂缝发育程度和分布进行了定量化预测研究,同时结合定向岩心、薄片裂缝定量观测结果,主要依据裂缝方位、间距和密度等特征参数,初步建立了长63储层天然裂缝分布网络概念模型;该模型描述了储层裂缝发育基本状况,包括天然裂缝密度、裂缝展布形态和不同井区裂缝组合的差异性。同时,根据长63储层岩心裂缝充填情况与充填概率、裂缝结构面力学性质以及裂缝产状与现今水平主应力走向之间的关系,对储层裂缝系统的有效性进行了初步分析。结果表明,储层中无效裂缝居多,达85.6%,有效裂缝仅为14.4%;但经压裂改造后,NEE—NWW向范围内的天然裂缝系统往往易改造或转变为'有效''显'裂缝系统,提高了储层渗流能力。

由现今小震资料研究琼北地区区域应力场和发震构造

利用2000年以来海南地震台网记录的琼北地区的波形资料,采用双差法对103个地震进行重新定位,采用振幅比方法测定震源机制.在此基础上,反演了琼北地区的区域应力场,由震源位置拟合出两个震源断层面,并且计算在区域应力场作用下的滑动方式.对照历史大震的等震线,WNW走向的震源断层位于极震区中部稍偏东的地方,与等震线长轴方向相同,表明该震源断层是1605年琼山大震的发震构造;高倾角震源断层的北东盘向东南斜下方滑动,对于该盘NNW象限产生强烈拉张,以致出现罕见的陆陷成海现象.另外一条NS向震源断层恰好位于第四系火山岩和第四系盆地交界处,是区域升降运动最为强烈的地方,正断层类型的震源断层东盘下降,与沉积盆地一致.研究表明由现今小震反演的两条震源断层分别与历史大震及构造运动有关,而与浅表断裂并不重合,存在深浅构造不协调的现象.

武汉—信阳地区现今构造应力场的初步研究

通过对武汉—信阳地区1972～2001年50个MS≥2.8地震震源机制解的分析研究,将研究区现今构造应力场划分为四个区,即:江汉平原区(A区)、桐柏—大别—淮北区(B区)、鄂西区(C区)、鄂北区(D区)。A区主压应力P轴的优选方位为SE127°,低倾角,地震规模小,震源深度浅;B区的主压应力轴以NE33°为主,NW333°为辅,反映出与该区走滑断裂相关的应力分布形式。数值模拟分析表明,最大主应力和最大剪应力沿该区活动断层集中,地震主要由剪应力引起断层走滑错动而产生;A、B、C、D四区的应力作用机制是通过F6、F10、F11、F12等走滑活动断层进行分异和转换的。

带有半埋藏空间裂纹的Cr12构件电磁热止裂分析

对带有半埋藏环形裂纹的Cr12标准拉伸试件进行了电磁热止裂研究.通过ZL-2型放电装置实现了半埋藏空间裂纹的止裂实验,采用微机控制电子万能试验机完成了止裂前后试件拉伸性能测试,同时计算了电磁热止裂前后应力强度因子的变化;建立了超强脉冲电流放电瞬间,环形裂纹尖端附近电流绕流、温度场和热应力场的数值分析模型,通过热-电耦合和热-机械耦合两个过程得到了脉冲放电瞬间拉伸试件中的电流矢量场、温度场和热应力场.研究表明:脉冲电流放电瞬间,围绕裂纹尖端金属熔化,钝化了裂尖,并围绕裂尖形成了热压应力场,得到了超细化的金属组织,止裂后抗拉强度得到了提高,达到了止裂的目的.

富台潜山凤山组现今地应力场数值模拟及有效裂缝分布预测

为明确富台潜山凤山组现今地应力特征,根据钻井诱导缝走向及井壁崩落方向对其现今地应力方向进行判断,并通过测井资料及经验公式计算得出关键井现今地应力.通过确定岩石力学参数并建立有限元模型,以关键井地应力为约束条件,对研究区凤山组现今地应力场进行数值模拟,分析现今地应力场对裂缝有效性的影响,进而预测有效裂缝分布.研究结果表明,富台潜山凤山组水平最大主应力为90.6～181 MPa,为北东东—南西西方向;水平最小主应力为61.9～110 MPa,为北北西—南南东方向.断裂带为应力低值区,东、西两侧低洼地带为应力高值区,背斜核部为应力分布稳定区,背斜两翼存在应力变化梯度带.北东东—南西西方向为研究区凤山组有效裂缝优势走向,有效裂缝发育最有利地区为背斜核部,其次为背斜两翼,东、西两侧低洼地带则不利于有效裂缝的保存.

带有裂纹的金属薄板构件裂尖处电热应力的数值分析

讨论了带有裂纹的金属构件通入脉冲电流瞬间，裂纹尖端附近电流、温度和热应力的耦合关系。分析采用了有限元法，通过热－电耦合（焦耳热问题）和热－机械耦合两个过程来实现。通过数值解析模型，模拟了脉冲放电瞬间的电流－温度－热应力的演变过程，求解了脉冲放电瞬间裂纹前缘的热压应力场。温度场、应力场数值计算结果同理论分析有很好的吻合。

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。

北淮阳及其邻接区地壳稳定性研究

运用多学科、多技术相结合的研究方法,从现今构造应力场特征、现代地壳形变特征、主干断裂构造以及区域断裂活动性分析、新构造运动、地震活动、数值模拟等方面入手,对北淮阳及其邻接区地壳稳定性进行了全面而系统的研究,指出本区地震活动受走滑活动断裂控制,中、强地震集中于区内东南部和西北部NW向与NE向断裂交汇处;第四纪无大规模差异升降运动;数值模拟等综合分析表明,信阳地区的区域构造稳定性高,现代地壳形变量小,应力平缓,地震活动少且弱。

轴对称金属模具电磁热裂纹止裂中热应力场的分析

为求解金属模具脉冲放电止裂瞬间裂纹尖端附近的热应力场,选择具有半埋藏环形裂纹的金属凹模为研究对象,采用复变函数方法求解了凹模内外环面均匀通入强脉冲电流放电止裂时的热应力场.理论分析结果证实:由于放电瞬间脉冲电流的绕流集中效应,使金属凹模内部环形裂纹尖端附近金属迅速升温,金属熔化形成堆焊,并由于瞬间温升产生热压应力场.研究结果表明:应用电磁热效应止裂技术可以减小裂纹尖端的应力集中,形成的热压应力场有效地阻止金属模具中干线裂纹源的开裂趋势,达到了裂纹止裂目的.

矩形横截面导体内衰减振荡电流脉冲的趋肤效应

为了优化设计导通电流脉冲的工件以及制定电流脉冲处理材料的工艺方案,研究电流脉冲通过时电流密度、电磁场等物理量在导体内部的分布情况.根据Maxwell方程组,推导出振荡衰减电流脉冲通过矩形截面金属导体时,电场强度、电流密度、磁感应强度、电磁能密度和Maxwell应力张量在横截面分布的解析解.以电容放电通过碳钢板状试样为例,计算相关物理量的分布情况.结果表明,电流、电磁场的分布存在明显的趋肤效应,表面处的数值远远大于心部,主要分布在距离表面深度不大于趋肤深度的表层区域.电场强度、电流密度、磁感应强度、电磁能密度和Maxwell应力张量都呈现出振荡衰减的变化趋势.通过电流脉冲对45碳钢横截面碳原子作用的不均匀现象验证了趋肤效应的存在.

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.

含环向裂纹厚壁圆筒电磁止裂的应力场分析

以具有轴对称性质、端部带有半埋藏环形裂纹的厚壁圆筒为研究对象,通过对长厚壁圆筒内外环面均匀通入超强脉冲电流进行电磁热止裂。采用复变函数方法求解了脉冲放电瞬间裂纹尖端的温度场和热应力场。在一定的超强脉冲电流作用下,由于环形裂纹尖端的电流绕流热集中效应,裂尖温升超过了金属熔点,使裂尖处金属熔化在内部形成堆焊,钝化了裂尖,并且在裂纹前缘形成了热压应力,阻止了裂纹的扩展。在此基础上还讨论了在电载荷和机械载荷共同作用下裂纹前缘的应力场。

电渣熔铸过程中电流大小对钢锭应力场影响的模拟

针对电渣熔铸钢锭各部位温差大、易产生热应力及测量困难的特点,采用大型有限元分析软件ANSYS,对电渣熔铸过程中电流变化时的钢锭应力场进行了模拟研究。结果表明,电流变化时的钢锭表面沿轴向自顶而下等效应力和轴向应力分布均遵循对数函数关系,模拟结果与实际结果吻合。运用此模型可预报钢锭应力场状况。

基于多物理场的高速永磁电机转子护套研究

目前高速永磁电机转子最常用的保护措施是碳纤维捆扎永磁体、永磁体外加非导磁或半导磁合金保护套,保护套的增加会给电机的散热带来严重的困难。针对以上问题,基于一台75 kW,60 000 r/min的高速永磁电机,设计了3种方案,同时基于应力场、电磁场和温度场对3种方案的转子强度、转子涡流损耗和温度分布进行了综合的比较与分析,通过一台采用非导磁合金保护套的样机进行了温升实验。实验结果表明,采用半导磁合金保护套时,会大大减小永磁体的厚度,但会产生更大的转子涡流损耗;采用非导磁合金保护套时,所需的永磁体和保护套的厚度最大;采用碳纤维保护套时,所需的保护套厚度最小,转子涡流损耗和温升分布也远远小于其他两种保护措施。