2、仿真結(jié)果分析

（1）渦流場和溫度場比較

加熱200ms后兩種材料渦流分布和溫度分布如圖2所示。從圖2(a)、圖2 (b)中可以看出，對于45#鋼，趨膚深度很小，渦流緊貼著裂紋流動；對于不銹鋼，趨膚深度較大，渦流被推離裂紋邊緣，靠近邊緣處的渦流密度低于其他位置。渦流分布的差異導(dǎo)致兩種材料溫度分布出現(xiàn)明顯差異，如圖2(c)、圖2(d)所示，45^#鋼裂紋邊緣溫度明顯高于其它區(qū)域，而不銹鋼裂紋邊緣溫度相對較低，遠(yuǎn)離邊緣以及裂紋底部出現(xiàn)高溫分布。

圖2 加熱200ms時渦流分布和溫度分布

（2）感應(yīng)電流密度比較

為分析兩種材料感應(yīng)加熱溫度分布差異產(chǎn)生的原因，分別觀察了試件表面和裂紋底部的感應(yīng)電流密度大小，如圖3所示(L=0mm對應(yīng)裂紋中心位置)。由于45#鋼渦流緊貼裂紋流動，試件表面和裂紋底部感應(yīng)電流在裂紋附近基本相等；不銹鋼渦流被推離裂紋邊緣，因此靠近裂紋邊緣時感應(yīng)電流密度較小，而裂紋底部角落處感應(yīng)電流出現(xiàn)聚集。由于兩種材料趨膚深度相差很大，45#鋼的感應(yīng)電流密度遠(yuǎn)大于不銹鋼。

圖3 裂紋附近感應(yīng)電流密度分布

（3）裂紋附近溫度分布規(guī)律比較

為進(jìn)一步分析兩種材料裂紋附近的溫度變化規(guī)律，分別觀察了試件表面和裂紋底部在不同加熱時間的溫度分布情況。

首先討論試件表面的溫度分布，如圖4所示。對于45#鋼，裂紋附近感應(yīng)電流密度均勻分布，但是裂紋邊緣會對熱量的擴(kuò)散產(chǎn)生阻礙作用，隨著加熱時間的增加，邊緣處熱量聚集會更加顯著，與周圍無缺陷處溫差逐漸增大。對于不銹鋼，靠近裂紋邊緣感應(yīng)電流密度逐漸降低，因此裂紋邊緣出現(xiàn)低溫分布，其溫度分布規(guī)律與圖3(b)中對應(yīng)的感應(yīng)電流密度相一致；當(dāng)熱時間>100ms時，裂紋邊緣與附近區(qū)域之間溫差減小，這是由于長時間加熱，熱量的不均勻分布逐漸被熱擴(kuò)散所削弱。

圖4 試件表面溫度分布

裂紋底部的溫度分布規(guī)律如圖5所示?？梢钥闯?，45^#鋼裂紋中心位置溫度較高，裂紋底部角落處溫度略低，隨加熱時間增加溫度上升速率逐漸減小(注意時間間隔不均勻)。這是由于45#鋼裂紋底部感應(yīng)電流密度均勻分布，但是裂紋底部靠近中心位置對熱量擴(kuò)散阻礙能力較強(qiáng)，因此溫度上升較快。不銹鋼由于裂紋底部角落處感應(yīng)電流密度較高，加熱初期呈現(xiàn)明

顯的高溫分布，隨著加熱時間的增加，由于裂紋底部靠近中心位置對熱擴(kuò)散的阻礙作用和角落處向周圍熱量的擴(kuò)散，溫度差異逐漸減小。與45#鋼不同的是，不銹鋼在200ms內(nèi)底部溫度上升速率隨加熱時間增加逐漸增大；結(jié)合圖3可知，是由感應(yīng)電流分布和材料物理屬性的差異引起。

圖5 裂紋底部溫度分布

三、實驗驗證