ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ СЛОЖНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Большинство испытывающих нагрузку изделий работает в режиме сложного напряженного состояния (СНС). С целью создания устройства и разработки методики для моделирования в ферромагнитном материале СНС в статье приведена схема макета устройства. Принцип работы устройства основан на совместном действии на исследуемый образец осевого (продольного) растяжения и поперечного изгиба. Предложены методики создания СНС и исследования материалов с помощью метода эффекта Баркгаузена в статическом и динамическом режимах нагружения образца. Рассмотрены алгоритм функционирования и принцип действия устройства. Приведена схема для моделирования СНС в стальном образце. Подробно описаны конструкция и принцип действия предлагаемого устройства. Устройство отличается от промышленного испытательного оборудования простотой, небольшими массой, габаритами и стоимостью. Представлены примеры экпериментальных зависимостей влияния простых видов напряженного состояния (осевого растяжения или поперечного изгиба) и сложного напряженного состояния на интенсивность магнитного шума в двух образцах конструкционной стали. Установлено, что суммарное значение магнитного шума при сложном напряженном состоянии образца, вызванного силами одновременного растяжения и изгибающей нагрузки, примерно равно алгебраической сумме значений магнитного шума для каждого простого вида напряженного состояния. Линейность зависимостей интенсивности магнитного щума от осевых растягивающих напряжений наблюдается в диапазоне от 0 до ≈ +300 МПа, от напряжений растяжения при изгибе – от 0 до ≈ +500 МПа, полного напряжения – до ≈ 100–110 МПа. Полученные результаты подтвердили работоспособность и эффективность работы устройства. Показано, что на уровень магнитного шума оказывает влияние не только величина растягивающих напряжений от осевой силы, от напряжений растяжения при изгибе и полного напряжения, но и марка стали, физические и механические свойства испытуемого материала. Чувствительность магнитного шума к совместному действию двух видов напряженного состояния оказалась выше, чем к отдельным видам. Полученные результаты могут быть полезны при создании испытательного оборудования и оценке СНС в ферромагнитных изделиях и различных элементах стальных конструкций. Приведены основные технические характеристики устройства (вес – 18 кг, габариты – 600 × 200 × 170 мм). 

1. Подскребко, М.Д. Сопротивление материалов / М.Д. Подскребко. – Выш. шк., 2007. – 797 с.

2. Чиликов, С.М. Проблемы и перспективы развития оборудования для механических испытаний материалов / С.М. Чиликов, Е.Н. Потаенко, А.И. Бугаец [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2007. – Т. 7. – № 1. – С. 90–95.

3. Дегтярев, В.П. Деформации и разрушение в высоконапряженных конструкциях / В.П. Дегтярев. – М. : Машиностроение, 1987. – 105 с.

4. Рожинцев, В.С. Новые гидравлические машины для стандартных испытаний металлопродукции / В.С. Рожинцев, Ю.Д. Прокопенко, А.В. Мараховский // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2010. – № 4. – Т. 76. – С. 61–63.

5. Патент РФ 2488090, МПК G01N3/10. Устройство для испытания на прочность при сложнонапряженном состоянии тонкостенных трубчатых образцов или отрезков труб / Н.Я. Сысоев, В.Н. Гостев, А.А. Иванов. – Опубл. 20.07.2013.

6. Патент РФ 2327134 МПК G01N 3/08. Стенд для усталостных испытаний образцов / Д.М. Плотников. – Опубл. 22.06.2008.

7. Патент РФ 2360227, G01N3/08. Образец для оценки прочности материала при сложном напряженном состоянии / Л.Б. Цвик, А.П. Черепанов, А.А. Пыхалов. – Опубл. 27.06.2009

8. Патент РФ на пол. модель 115483, G01N3/10. Универсальная испытательная машина для проведения исследований материалов в условиях высокого гидростатического давления / В.Г. Малинин, Н.А. Малинина, Д.В. Мавлюбердинов, Д.К. Петров. – Опубл. 14.12.2011.

9. Патент РФ 2523074, G01N3/08. Способ испытания конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок и стенд для его осуществления / С.М. Анпилов, В.А. Ерышев, А.С. Рыжков [и др.]. – Опубл. 20.07.2014. 10. Tanaka, E. Effects of strain path shapes on nonproportional cyclic plasticity / E. Tanaka, S. Murakami, M. Ooka // J. Mech. Phys. Sol. – 1985. – No. 33. – P. 559–575.

10. Kandil, F.A. Biaxial low-cicle fatigue fracture of 316 stainless steel at elevated temperatures / F.A. Kan dil, M.W. Brown, K.J. Miller // Fatigue Engng. Mater. Struct. – 1979. – No. 1. – P. 217–229.

11. Бусько, В.Н. Лабораторная установка для исследования усталостной повреждаемости плоских ферромагнитных образцов / В.Н. Бусько // Приборы и техника эксперимента. – 2011. – № 1. – С. 165–167.

12. Горкунов, Э.С. Эффект Баркгаузена и его использование в структуроскопии ферромагнитных материалов (обзор 1) / Э.С. Горкунов, Ю.Н. Драгошанский // Дефектоскопия. – 1999. – № 6. – С. 3–23.

13. Бусько, В.Н. Лабораторная система для исследования усталостной деградации ферромагнитных материалов и примеры ее реализации / В.Н. Бусько, Д.А. Винтов // Приборы и методы измерений. – 2012. – № 2 (5). – С. 33–39.

14. Патент РБ 2113 от 05.02.2005, МПК G01N27/72. Магнитошумовой преобразователь / В.Н Бусько. // Аф. Б. – 2005. – № 3. – Ч. 2. – С. 99–100.