外载荷作用下裂纹尖端通电时瞬间应力场及应力强度因子

摘要

电热止裂是近几年兴起的一个研究课题，现已初具成果，它是利用导电体的裂纹尖端电流的集中和电热效应原理，通过在特定方向向含裂纹的导电薄板内通入瞬间电流的办法，达到止裂的目的。　　本文是通过在含有机械载荷的裂纹薄板为出发点，研究裂纹尖端在通电时的应力场，同时用了两种方法进而推导出综合应力强度因子：　　第一：从电流出发推导出热应力强度因子和单独外载荷作用下的应力强度因子，使得两个强度因子线性叠加，得到综合应力强度因子。　　第二：从应力场出发分别推导出单独机械载荷产生的应力场和单独通电时的应力场，二者叠加获得总的应力场，进而推导出综合应力强度因子。　　从而通过和K1c相比较可以断定裂纹是否扩张。　　本文同时通过把Ansys数值模拟和实验研究的结果与理论计算的结果相比较，证明了理论计算的可靠性。本文所研究的适用于工程应用，是一种很有前途的止裂技术。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题来源和主要研究内容

1.2电热止裂的基本原理及特点

1.2.1电热止裂的基本原理

1.2.2电热止裂的特点

1.3电热效应裂纹止裂的研究现状

1.3.1电热效应裂纹止裂的理论研究现状

1.3.2电热效应裂纹止裂的实验研究现状

第2章裂尖处热应力强度因子的确定

2.1数学基本知识

2.1.1复变函数

2.1.2解析函数的重要性质

2.1.3两个典型的保角变换函数

2.2裂纹尖端处电流密度的确定

2.2.1电学中的基本概念

2.2.2具有圆孔的无限大导电平板内电流密度的分布

2.2.3电流流动的复位函数

2.2.4具有中心穿透裂纹的无限大平板内得电流密度分布

2.2.5裂纹尖端热源功率密度的确定

2.3裂纹尖端处热应力强度因子的确定

2.4本章小结

第3章外载荷作用下裂纹尖端通电瞬间的应力场及应力强度因子

3.1热弹性平面问题的基本概念

3.2中心穿透裂纹尖端附近温度场

3.2.1算例分析

3.3外载荷作用下的裂纹尖端通电流时瞬间应力场

3.3.1热应力场的复变函数表示

3.3.2外载荷作用下的裂尖处的应力场的复变函数表示

3.3.3热应力场和机械载荷应力场的叠加

3.4外载荷作用下的裂纹尖端通电流时瞬间的应力强度因子的确定

3.4.1算例分析

3.5本章小结

第4章复合型裂纹尖端的应力分析

4.1拉应力在裂尖处产生的应力场的复变函数表示

4.2切应力在裂尖处产生的应力场的复变函数表示

4.3电流在裂尖处产生的应力场的复变函数表示

4.4应力场的叠加

4.5复合型裂纹断裂判据

4.6拉、切应力作用下裂纹尖端通电时的应力强度因子的确定

4.7算例分析

4.8本章小结

第5章通电瞬间在外载荷作用下的温度场和应力场的数值模拟

5.1引言

5.2基本问题的提出

5.3相关问题的处理

5.4有限元法求解温度场

5.5有限元法分析热应力

5.6算例

5.6.1中心穿透裂纹温度场的数值模拟

5.6.2热应力场的数值模拟

5.6.3外载荷单独作用时应力场的数值模拟

5.6.4外载荷产生的应力场与热应力场的叠加的数值模拟

5.7本章小结

第6章电热效应裂纹止裂的实验研究

6.1引言

6.2实验装置及电路系统工作原理

6.2.1电热止裂的实验装置

6.2.2电热效应裂纹止裂的实验原理

6.3电热效应裂纹止裂的实验效果图

6.4实验结果及实验结果分析

6.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介