2、仿真結果分析

（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。渦流分布的差異導致兩種材料溫度分布出現明顯差異，如圖2(c)、圖2(d)所示，45^#鋼裂紋邊緣溫度明顯高于其它區域，而不銹鋼裂紋邊緣溫度相對較低，遠離邊緣以及裂紋底部出現高溫分布。

圖2 加熱200ms時渦流分布和溫度分布

（2）感應電流密度比較

為分析兩種材料感應加熱溫度分布差異產生的原因，分別觀察了試件表面和裂紋底部的感應電流密度大小，如圖3所示(L=0mm對應裂紋中心位置)。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電流密度較小，而裂紋底部角落處感應電流出現聚集。由于兩種材料趨膚深度相差很大，45#鋼的感應電流密度遠大于不銹鋼。

圖3 裂紋附近感應電流密度分布

（3）裂紋附近溫度分布規律比較

為進一步分析兩種材料裂紋附近的溫度變化規律，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，裂紋附近感應電流密度均勻分布，但是裂紋邊緣會對熱量的擴散產生阻礙作用，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，靠近裂紋邊緣感應電流密度逐漸降低，因此裂紋邊緣出現低溫分布，其溫度分布規律與圖3(b)中對應的感應電流密度相一致；當熱時間>100ms時，裂紋邊緣與附近區域之間溫差減小，這是由于長時間加熱，熱量的不均勻分布逐漸被熱擴散所削弱。

圖4 試件表面溫度分布

裂紋底部的溫度分布規律如圖5所示。可以看出，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#鋼裂紋底部感應電流密度均勻分布，但是裂紋底部靠近中心位置對熱量擴散阻礙能力較強，因此溫度上升較快。不銹鋼由于裂紋底部角落處感應電流密度較高，加熱初期呈現明

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散的阻礙作用和角落處向周圍熱量的擴散，溫度差異逐漸減小。與45#鋼不同的是，不銹鋼在200ms內底部溫度上升速率隨加熱時間增加逐漸增大；結合圖3可知，是由感應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