發(fā)布時(shí)間：2021-10-17 02:28

　　結(jié)構(gòu)材料失效往往造成災(zāi)難事故和重大經(jīng)濟(jì)損失。如果在材料失效前,以裂紋等形式存在的損傷能被修復(fù),將會(huì)大幅延長結(jié)構(gòu)材料的壽命,并減少經(jīng)濟(jì)損失。因此,材料損傷的修復(fù)研究具有重要的經(jīng)濟(jì)意義與社會(huì)意義。本文針對(duì)金屬管件中微裂紋修復(fù)的難題,提出了一種針對(duì)不同磁性金屬管件微裂紋的電渦流修復(fù)方法,通過電渦流處理試驗(yàn)研究了其對(duì)微裂紋修復(fù)規(guī)律及性能的影響,并采用ANSYS與MAXWELL有限元仿真軟件模擬分析了電渦流處理過程中微裂紋附近的物理場變化,揭示了金屬管件微裂紋的電渦流修復(fù)機(jī)制。采用中頻感應(yīng)加熱電源作為放電裝置,對(duì)鐵磁性1045鋼管件疲勞裂紋開展了諧波電渦流修復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明軸向裂紋最容易被修復(fù),環(huán)向裂紋的修復(fù)最困難,而傾斜裂紋介于二者之間。延長處理時(shí)間,增加處理次數(shù)或者提高處理功率都可以提高疲勞裂紋的愈合程度。諧波電渦流處理可以延緩疲勞裂紋的萌生及擴(kuò)展:在裂紋萌生前對(duì)軸向裂紋試樣進(jìn)行60 k W諧波電渦流處理1s,疲勞裂紋的萌生從5×104次疲勞延緩至6.5×104次;在裂紋萌生后的處理使得裂紋擴(kuò)展速率從10.3μm/104次疲勞降低至4.1μm/104次。開展了1045鋼管件疲勞裂紋諧波電... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

高分子材料的主要修復(fù)體系[1]

目前,無機(jī)材料修復(fù)研究主要集中在混凝土復(fù)合材料領(lǐng)域,如圖1-2所示[13]�；炷翉�(fù)合自修復(fù)材料的形式主要有:密封有修復(fù)劑的中空纖維(或者膠囊)增強(qiáng)混凝土[14,15]、形狀記憶合金線增強(qiáng)混凝土[16,17]、生物細(xì)菌自修復(fù)混凝土[18]、礦物添加劑自修復(fù)混凝土[13,19]等。其中,密封有修復(fù)劑的中空纖維增強(qiáng)混凝土的修復(fù)方式與微管修復(fù)體系的高分子材料基本相同;形狀記憶合金線增強(qiáng)混凝土的修復(fù)主要通過形狀記憶合金線在一定溫度下恢復(fù)原形狀的性質(zhì)來閉合裂紋[20,21];生物細(xì)菌自修復(fù)混凝土材料的修復(fù)方式是通過生物方式誘導(dǎo)礦物沉積填充裂紋來修復(fù)裂紋[22,23];礦物添加劑自修復(fù)混凝土的修復(fù)方式是通過礦物添加劑直接加入混凝土基體中,在裂紋處遇到水反應(yīng)生成沉積物從而修復(fù)裂紋。一般情況下,密封有修復(fù)劑的中空纖維增強(qiáng)混凝土與形狀記憶合金線增強(qiáng)混凝土是通過物理反應(yīng)修復(fù),而生物細(xì)菌自修復(fù)混凝土、礦物添加劑自修復(fù)混凝土的修復(fù)過程屬于化學(xué)反應(yīng)。此外,膨脹劑自修復(fù)混凝土[24]、金屬纖維自修復(fù)瀝青混凝土[25]也被相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道過。膨脹劑修復(fù)是利用MgO等填充劑通過多步反應(yīng)與基體生成碳化物填充裂紋[24],而金屬纖維自修復(fù)瀝青混凝土是通過電磁場在基體內(nèi)部的鋁或鋼纖維感應(yīng)出電渦流,從而使得基體內(nèi)部受熱軟化而修復(fù)裂紋[25]。1.2.3 金屬材料修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀

根據(jù)裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力的原理,人們研究出很多延緩、阻止裂紋擴(kuò)展的方法[28],包括:建立大幅值的彈性壓應(yīng)力場,利用機(jī)械加載方式可以得到這種應(yīng)力場,對(duì)所有擴(kuò)展速度的裂紋都具有止裂效果;鈍化裂紋,通過鉆孔等方法(如圖1-3a所示)增加裂紋尖端的半徑,降低應(yīng)力集中來阻止裂紋的擴(kuò)展[29];將夾雜、復(fù)合層、缺陷、焊縫等障礙設(shè)置在裂紋傳播路徑上,阻礙裂紋沿原路徑擴(kuò)展;對(duì)尖端裂紋進(jìn)行分叉、偏折、二次裂紋等可以使得裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子驟然降低,應(yīng)力集中程度會(huì)極大的緩解,裂紋擴(kuò)展速率降低,以達(dá)到止裂的目的。例如,Suresh等[30]發(fā)現(xiàn)試樣中裂紋路徑出現(xiàn)偏折、分叉等現(xiàn)象,會(huì)降低局部裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力,進(jìn)而急劇降低裂紋擴(kuò)展速率(如圖1-3b所示)。盡管鈍化裂紋、設(shè)置障礙與對(duì)尖端裂紋進(jìn)行分叉等方法可以遏制裂紋的擴(kuò)展,但是這些方法實(shí)際上弱化了裂紋尖端區(qū)域,引入了新的裂紋源,因而研究可實(shí)現(xiàn)修復(fù)裂紋而不引入新裂紋源的工藝方法成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。目前,關(guān)于裂紋修復(fù)技術(shù)的研究主要集中在以下幾個(gè)方向:形狀記憶合金修復(fù)金屬復(fù)合材料體系、過飽和但欠時(shí)效的合金體系、微球體或微管狀體作為修復(fù)劑載體的金屬復(fù)合材料體系、共晶合金修復(fù)體系、等離子噴涂修復(fù)、電鍍修復(fù)、氣體碳氮共滲修復(fù)、焊接修復(fù)和激光修復(fù)等[31,32]。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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