断裂力学中的电热效应

第0章绪论

0．1引言

0．2电热效应裂纹止裂的基本原理及意义

0．3断裂力学中的电热效应的理论研究与实验研究现状

0．4断裂力学中电热效应的研究进展

0．5本书的主要内容

参考文献

第1章断裂力学基础知识

1．1断裂力学的起源

1．1．1Griffith理论

1．1．2Irwin--Orwan对Griffith理论的修正

1．2裂纹尖端区域的应力场

1．2．1裂纹及其分类

1．2．2裂纹尖端区域的应力场和位移场

1．3应力强度因子

1．3．1“无限大”板Ⅰ型裂纹问题

1．3．2有限宽板的Ⅱ型裂纹问题

1．3．3“无限大”体内埋藏裂纹问题

1．3．4Ⅱ型、Ⅲ型裂纹的K因子

1．4线弹性断裂韧度和断裂判据

参考文献

第2章数学、力学基础知识

2．1柯西积分

2．1．1柯西积分定义

2．1．2柯西积分的主值

2．1．3柯西积分的边值

2．1．4柯西积分的导数

2．1．5计算柯西型积分的一些初等公式

2．2柯西型积分在解平面弹性理论边界问题上的应用

2．2．1与映射到半平面上的保角映射有关的基本公式

2．2．2第一基本问题对于半平面的解

2．2．3第二基本问题对于半平面的解

2．3平面弹性理论边界问题借助化归挈合问题的解法

2．3．1当G(t)=1的情形

2．3．2问题F+=gF-+f的解

2．3．3当g=-l时的情形

2．3．4在直线边界上调和函数的基本边界问题

2．4热弹性的一些问题

2．4．1各向同性物体热弹性的平面问题

2．4．2半平面的一般公式

2．4．3半平面的第一类、第二类基本问题的解

2．4．4半平面混合问题的基本解

2．4．5裂纹在直线区段上的基本边界问题

2．5带有裂纹物体的热弹性平面问题

2．5．1热交换的一般条件及裂纹的分类

2．5．2带有裂纹和薄夹杂物的热传导问题的微积分方程

参考文献

第3章平面问题电热温度场的理论分析

3．1含中间裂纹薄板电热温度场的复变函数方法

3．1．1通电瞬间裂纹尖端的电流分布

3．1．2热源功率的计算

3．1．3带有直线裂纹的载流薄板温度场的计算

3．1．4算例分析

3．2多裂纹导电薄板电热温度场的计算

3．2．1带有n个共线裂纹的载流薄板的温度场

3．2．2温度场的求解

3．3带有两个共线裂纹载流薄板的温度场

3．3．1载流薄板内的电流强度，与电流密度

3．3．2裂纹尖端热源功率的计算

3．3．3载流薄板内的温度场

3．3．4算例分析

3．4带有两个非共线裂纹载流薄板的温度场

3．4．1电流密度的分布及在裂纹尖端处的集中效应

3．4．2求解热源功率

3．4．3通电瞬间的温度场

3．4．4算例

3．5带有曲线裂纹的导电薄板的温度场

3．5．1单个曲线裂纹载流薄板的温度场

3．5．2两个对称曲线裂纹载流薄板的温度场

3．6带有单边裂纹的导电薄板的温度场

3．6．1机械栽荷作用下单边裂纹载流薄板温度场的计算方法

3．6．2薄板通电瞬间裂纹尖端的电流场及热源功率密度的确定

3．6．3裂纹尖端温度场

3．6．4算例分析

参考文献

第4章平面问题电热应力场的理论分析

4．1单边裂纹薄板通电瞬间裂尖处应力场的复变函数解

4．1．1半平面上应力场的确定

4．1．2应力由半平面转换到具有单边裂纹平面上的保角变换

4．1．3单边平面裂纹尖端附近应力场的表达式

4．2外载荷作用下单边裂纹载流薄板应力场的计算方法

4．2．1温度应力场

4．2．2算例分析

4．3含中间裂纹薄板电热应力场的复变函数方法

4．3．1热弹性应力平面问题的基本概念

4．3．2外栽荷作用下的裂纹尖端通电流时的瞬间应力场

4．3．3外载荷作用下通电瞬间应力强度因子的确定

4．3．4算例分析

4．4带有n个共线裂纹载流薄板止裂时的应力场

4．4．1带有n个共线裂纹载流薄板的应力场

4．4．2带有两个共线裂纹载流薄板应力场的算例

4．5有两个共线裂纹载流薄板在外载荷作用下的应力场

4．5．1带有两个共线裂纹载流薄板无外载荷作用时的热应力场

4．5．2带有两个共线裂纹的金属薄板单向拉伸时的应力场

4．5．3带有两个共线裂纹载流薄板在外栽荷作用下的应力场

4．5．4算例分析

4．6曲线裂纹电热止裂应力场的计算

4．6．1问题的提出

4．6．2半平面上应力场的确定

4．6．3由半平面上的应力转换到曲线裂纹平面上的保角变换

4．6．4具有曲线裂纹平面上的应力表达式

4．6．5算例分析

4．7外载荷作用下的电热止裂钝化效应分析

4．7．1求解单边裂纹钝化的计算方法

4．7．2求解单边裂纹钝化后应力场所采用的保角变换

4．7．3平面r内单边裂纹尖端区域附近的应力场

4．7．4外载荷作用下电热止裂后焊口附近的应力场

4．7．5电热止裂前单边裂纹尖端附近的应力场

4．7．6算例分析

4．8电热止裂前后裂尖附近载荷应力场的分析

4．8．1止裂前裂尖附近的载荷应力场

4．8．2止裂后裂尖附近的载荷应力场

4．8．3算例分析

4．9电流密度因子及其分布规律

4．9．1电流密度场的解析

4．9．2电流密度因子

4．9．3热源功率的平均密度

4．9．4电流密度因子的分布规律

4．9．5电流密度因子K1与应力强度因子K1

4．9．6算例分析

参考文献

第5章空间电热止裂问题的理论分析

5．1理论分析模型的建立

5．1．1问题的提出

5．1．2问题的转换

5．1．3共形映射

5．2热源功率的计算

5．3温度场的求解

5．3．1稳恒电流作用下的温度场

5．3．2脉冲电流作用下的温度场

5．3．3考虑热传导系数变化时的温度场

5．4应力场的求解

5．4．1应力边界条件

5．4．2应力场的计算

5．5算例分析

参考文献

第6章断裂力学电热效应的数值模拟

6．1金属构件材料放电瞬间的温度场数值模拟

6．1．1热传导方程、电传导方程

6．1．2温度场求解有限元分析

6．1．3数值模拟时需要注意的几个问题

6．2平面问题温度场的数值模拟

6．2．1带有边缘裂纹导电薄板温度场的数值模拟

6．2．2带有中间裂纹导电薄板温度场的数值模拟

6．2．3带有两个直线裂纹导电薄板温度场的数值模拟

6．2．4带有曲线裂纹导电薄板温度场的数值模拟

6．3平面问题应力场的数值模拟

6．3．1带有边缘裂纹导电薄板的应力场的数值模拟

6．3．2带有中间裂纹导电薄板的应力场的数值模拟

6．3．3含双裂纹导电薄板的应力场的数值模拟

6．3．4带有曲线裂纹导电薄板应力场的数值模拟

6．4空间问题的数值模拟研究

6．4．1数值模拟的有限元方程

6．4．2金属凹模中上表面半埋藏环形裂纹止裂的数值模拟

参考文献

第7章跨越加载电流时电热效应研究

7．1跨越加载电流时温度场、应力场的理论分析

7．1．1跨越加载时的电流密度分布

7．1．2跨越加载时的温度场

7．1．3跨越加载时的应力场

7．2电极作用位置对裂纹尖端温度的影响

7．3电磁热效应局部裂纹跨越止裂的数值模拟

7．3．1热-电耦合有限元方程

7．3．2有限单元法的网格划分及通电条件

7．3．3裂纹尖端的温度场

7．3．4电极位置变化对裂尖温度影响的数值模拟

7．4金属凹模内壁半埋藏环形裂纹局部跨越止裂的数值模拟

7．4．1局部跨越止裂有限元模型

7．4．2有限元网格划分

7．4．3数值模拟结果

7．4．4金属凹模裂纹局部跨越止裂电极位置的数值分析

参考文献

第8章裂纹前缘电热效应的实验研究

8．1电热效应实验原理、装置及电路系统

8．2含裂纹薄板加载电流时的实验现象

8．3薄板实验结果分析

8．3．1温度值与通入电流能量之间的关系

8．3．2温度值与试件几何尺寸之间的关系

8．3．3温度值与裂纹数量及其走向之间的关系

8．3．4温度值与材料电阻率之间的关系

8．3．5裂纹尖端处压应力场的作用

8．3．6白亮层的产生

8．4几种模具钢的实验结果

8．4．1脉冲放电后裂尖形貌的超钝化

8．4．2白亮层的形成

8．4．3几种材料的白亮层及白亮层的屏蔽作用分析

8．4．4裂纹前缘区域压应力场的形成

8．5脉冲放电后裂尖处纳米尺度下的力学性能测试

8．5．1测试方法

8．5．2实验数据采集及处理

8．5．3裂尖处纳米力学性能

8．6放电后裂纹尖端的钝化

8．6．1止裂处的宏观形貌

8．6．2裂纹尖端产生的压应力阻止裂纹扩展

8．6．3放电后的微观组织分析

8．7热疲劳裂纹脉冲放电

8．7．1试件的选取

8．7．2材料基本参数

8．7．3放电后组织的微观分析

8．7．4放电后组织的力学性能分析

8．8ZL-2型脉冲放电设备

8．8．1ZL-2型脉冲放电设备的基本参数

8．8．2脉冲放电实验

8．8．3高压脉冲放电装置研制

8．8．4触发与控制回路

8．8．5测量回路

8．9机械载荷作用下的裂纹电热效应的实验研究

8．9．1外载荷作用下裂纹电热效应的实验研究

8．9．2施加单向拉伸载荷的实验方法

8．9．3实验结果与分析

8．9．4带有两个共线裂纹实验分析

8．10曲线裂纹的电热效应实验研究

8．10．1实验现象

8．10．2实验结果分析

参考文献

结束语

　　《断裂力学中的电热效应》介绍了对带有裂纹的金属构件通入超强度脉冲电流的瞬间，裂纹前缘电热效应的理论分析、数值模拟和实验研究的内容。　　本书可供高等院校力学、物理、机械设计、机器制造等专业的教师、研究生、本科生、科研工作者和从事机械设计、机器制造、武器装备维护等领域的工程技术人员阅读。　　本书介绍了对带有裂纹的金属构件通入超强度脉冲电流的瞬间，裂纹前缘电热效应的理论分析、数值模拟和实验研究的内容。其中包括断裂力学基础知识、数学与力学基础知识，平面问题电热温度场的理论分析，平面问题电热应力场的理论分析，空间问题的电热温度场与应力场的理论分析，断裂力学电热效应的数值模拟研究，跨越加栽电流时电热效应的研究。裂纹前缘电热效应的实验研究等。这里给出的研究内容，可作为电热效应裂纹止裂技术在工程中应用的研究基础。　　本书可供高等院校力学、物理、机械设计、机器制造等专业的教师、研究生、本科生、科研工作者和从事机械设计、机器制造、武器装备维护等领域的工程技术人员阅读。