含双裂纹载流薄板外载荷作用下电热止裂的分析

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1、燕山大学工学硕士学位论文热磁弹性理论是专门研究电磁场、温度场同机械场的耦合的。热磁弹性理论的产生，对于处在高温高压和强电场作用下的结构及结构元件的强度与可靠性分析，具有非常重要的意义。热弹性理论是将物体的弹性和热传导结合在一起讨论温度场和机械场相互耦合的理论，这是自然界各物理场枢互作用的一个古典例证；蔼热磁弹性将囊括经典的弹性理论、热传导和电磁场理论，且用以解决位于磁场中考虑热作用下的导电体弹性变形及运动的一些问题，即解决温度场、机械场和电磁场相互作用和相互影响问题。一方面，热磁弹性理论的逐步形成，给利用电磁热效应进行裂纹止裂方面的研究带来了新的

2、有效途径pl，但目前仍处于起步阶段【4】，国内尚属空白；另一方面，随着科技的进步和工业技术的发展，人们日益认识到延长日常生活、生产品寿命，提高工作安全可靠性的重要。20世纪80年代初，美国众淀员科技委员会委托国家标准局进行了一次关于断裂所造成的损失的大型综合调查。1983年，在《国际断裂》杂志上发表了调查委员会给国会的报告。报告指出，断裂使美国一年损失1190亿美元，占1982年美国国家总产值的4％【51。作为热磁弹性理论及应用研究的一个分支，利用电磁热效应来遏制裂纹的扩展，与以上介绍的几种方法比较，具有一定的优越性。对于带有裂纹的导体材料，利用

3、强大的电流或超强度电磁场的作用，遏制快速扩展的裂纹具有广泛应用的可能性。自从电磁热效应能够止裂的现象被发现，考虑到其广泛的应用前景，人们便开始通过不同途径研究探讨这个问题，但应用复变函数法分析这个问题国内外几乎没有，本课题组就是采用这种方法对带有裂纹的导电薄板实施裂纹止裂技术进行了分析研究。1．2电磁热效应裂纹止裂技术发展概况及研究现状1．2．1电磁热效应裂纹止裂技术发展概况电磁热效应裂纹止裂技术是20世纪七、八十年代出现的新生事物。作为磁弹性理论的一个应用领域，其发展主要经历了以下几个阶段。第i章绪论上个世纪70～80年代，前苏联学者B．M．m

4、HHK@．rIB等人用实验的方法研究了导电薄板内通入脉冲电流时裂纹发展的动力过程，提出了利用电磁热效应来遏制导体中裂纹扩展的可能性哪】。随后B．A．Ky皿naBaeB等人对这一过程进行了理论分析18，91。从此揭开了利用电磁热效应进行裂纹止裂的序幕。70年代末和80年代，在理论研究方面国外有些学者注意到了导体内部裂纹在电磁场作用下前缘区的应力、应变状态[10,11】，有些学者探讨了在只有载荷作用下应力强度因子的计算方法112l，Shindo．Y．等人给出了裂纹磁弹性问题的解析解【I””I；在实际应用研究方面，mHH职bBM．等人绘出了由2D号刚制

5、成的，外径为25ram，内径为21mm的管道在破坏瞬间利用电磁感应进行裂纹止裂的研究结剁M】。90年代，在理论研究方面，Acan，m且皿．等人研究了带有裂纹的、位于定常横向磁场中的软磁层应力、应变的计算方法，确定了裂尖附近的应力、应变状态与磁场强度的关系Il”，OHfl／3mTHBCKH葫JIA．研究了具有微裂纹的磁化介质的磁弹性平面问题，在分析裂纹附近的应力状态的基础上。考虑了材料磁化的影响。得到裂纹前缘应力强度因子的表达式和算铡【【8J：TeramotoT．等人给出了在电磁力作用下，单边裂纹开裂的数值分析结果【19】，证明在裂纹尖端处，涡流有

6、个奇点，并且其大小随着裂纹长度的增加而增加。裂纹开裂的计算取决于边界条件。实验研究方面，KovalenkoVS等人给出了应用电磁热效应处理气体粉末激光器涂层龟裂的实例12”．Par[onV．等人证明脉冲电流能够使裂纹在导体内的传播减速【2lJ，当脉冲电流通过含有裂纹的金属薄板时，裂纹前缘的电流密度增加，板内的电磁热、弹性应力场韵变化对裂纹的传播起着掷制作用。1．2．2电磁热效应裂纹止裂技术研究现状强前，国外大多数学者多是从理论入手，指出研究和解决裂纹体强度问题的思想和路径。L．B．Freund[221研究了在载荷作用下，弹性固体中裂纹的扩展。U．

7、Yuceoglul231研究了在斜对称载荷作用下具有轴向裂纹的圆柱壳燕山大学工学硕士学位论文问题。A．C．Eringen的理论研究【24】给出了在电磁场的作用下液晶的平衡规律及静力学、动力学的基本方程，该基本方程考虑了热、电传导及电磁场的耦合效应，为研究耦合场的热效应打下了理论基础。文献[25】研究了带有便士形状裂纹的圆形薄板，在电磁波辐射作用下所产生的应力波的动态响应。在整个作用时间内，磁场脉冲强度是按照商欺指数衰减规律作用的。忽略热传导的影响，按照热弹性动力学理论，采用有限元插分法作近似计算，通过算例给出了动态热应力分布和动力强度因子的数值计

8、算结果。GYagawa和S．Yoshimura在文献[26，27仲介绍了电磁力在核压力容器裂纹动力问题研究中的应用。给出了具有单边裂纹的