Healing of cracks in plates by strong electromagnetic field

Рассматривается задача о воздействии импульсным высокоэнергетическим электромагнитным полем на краевую трещину в тонкой пластине, воспроизводящая пионерский эксперимент советских ученых по разрушению вершины трещины сильным электромагнитным полем. Численное моделирование осуществляется на основе предложенной электромеханической модели воздействия короткоимпульсным высокоэнергетическим электромагнитным полем на материал с трещиной. Модель учитывает фазовые превращения (плавление и испарение) материала, происходящие в окрестности дефектов, и соответствующие изменения реологии материала в областях этих трансформаций, а также возможность протекания электрического тока между свободными поверхностями трещины (пробоя за счет эмиссии электронов). Все физико-механические характеристики материала считаются зависящими от температуры. Уравнения модели связаны и решаются совместно на подвижной конечно-элементной сетке с применением смешанного метода Эйлера–Лагранжа. Исследуются процессы локализации полей плотности тока и температуры, фазовых превращений (плавления и испарения) в вершине трещины, автоэлектронной и термоэлектронной эмиссии между свободными поверхностями трещины и влияние этих процессов на залечивание трещины. Проводится сравнение результатов моделирования с имеющимися экспериментальными данными по воздействию импульсного поля на краевую трещину в пластине. Полученные в окрестности вершины трещины средняя скорость нагрева металла и градиенты температуры неплохо количественно согласуются с экспериментальными данными. Вдали от трещины, а также на берегах трещины вдали от вершины температура поднималась незначительно. Процесс моделирования воздействия электромагнитным полем, аналогично эксперименту, сопровождается плавлением в вершине трещины, а также испарением металла. Таким образом, при рассматриваемом воздействии током в вершине трещины формируется кратер, который препятствует дальнейшему распространению трещины, приводя к ее залечиванию. Получить аналогичные результаты с помощью ранее предложенных моделей не удавалось.