Определение осевых напряжений стали в режиме памяти по экспоненциальному закону магнитоупругого размагничивания

Магнитные и магнитоупругие методы контроля напряжений основаны на изменении магнитных параметров стали при ее деформации. Однако магнитные свойства разных марок стали, а также одной марки, но разных плавок могут заметно отличаться. Неоднородность магнитных и магнитоупругих свойств стали, обусловленная вариацией химического состава, режимов прокатки и нагрева при изготовлении, сказывается на точности контроля напряжений, что является общим недостатком магнитоупругих методов контроля напряженно-деформированного состояния стальных конструкций. В работе рассмотрена возможность контроля одноосных механических напряжений в стальных конструкциях в режиме «магнитоупругой памяти», основанного на зависимости H(σ) — напряженности магнитного поля рассеяния локальной остаточной намагниченности стали от испытываемых ею одноосных напряжений. Установлено, что экспоненциальная функция удовлетворительно описывает экспериментальную зависимость напряженности магнитного поля рассеяния остаточно намагниченных сталей 17Г1С и 15ХСНД от напряжений, создаваемых в них растяжением, сжатием, ударом. Для повышения точности такого контроля предложено вводить в установленную форму экспоненциальной зависимости H(σ) магнитоупругую чувствительность стали (МУЧ). Рассмотрен способ определения МУЧ не только на лабораторных образцах в идеальных условиях, а непосредственно на самой контролируемой конструкции, что снижает погрешности контроля, обусловленные вариацией магнитных и магнитоупругих свойств сталей. Для реализации предлагаемого способа разработаны и изготовлены опытные образцы устройств статического и динамического локальных нагружений элементов металлоконструкции, которые прошли опытную проверку при контроле напряженно-деформированного состояния несущих балок автомобильной эстакады. С помощью разработанных устройств проводили локальное дозированное нагружение полусферическим индентором путем ударного или статического воздействия предварительно намагниченной области конструкции и регистрацию вызванной им убыли напряженности магнитного поля рассеяния в ней. Предложен способ контроля одноосных напряжений в элементах стальных конструкций методом магнитоупругой «памяти» с учетом измеренной магнитоупругой чувствительности их материала.

1. Пономарев В. П., Травуш В. И., Бондаренко В. М., Еремин К. И. О необходимости системного подхода к научным исследованиям в области комплексной безопасности и предотвращения аварий зданий и сооружений / Электронный журнал «Предотвращение аварий зданий и сооружений». 2012. http://pamag.ru/pressa/bss-pse. С. 1 – 9.

2. Майстренко И. Ю., Овчинников И. И., Овчинников И. Г., Кокодеев А. В. Аварии и разрушения мостовых сооружений, анализ их причин. Часть 1 / Интернет-журнал «Транспортные сооружения». 2017. Т. 4. № 4. https://t-s.today/PDF/13TS417.pdf. DOI: 10.15862/13TS417

3. Дубов А. А., Демин Е. А., Миляев А. И., Стеклов О. А. Опыт контроля напряженно-деформированного состояния газопроводов с использованием метода магнитной памяти металла в сравнении с традиционными методами и средствами контроля напряжений / Контроль. Диагностика. 2002. № 4. С. 53 – 56.

4. Жуков С. В., Копица Н. Н. Исследование полей механических напряжений в металлических конструкциях приборами «Комплекс-2»: сб. науч. тр. отделения «Специальные проблемы транспорта» / Российская академия транспорта. 1998. № 3. С. 214 – 222.

5. Новиков В. Ф., Яценко Т. А., Бахарев М. С. Зависимость коэрцитивной силы малоуглеродистых сталей от одноосных напряжений (часть 2) / Дефектоскопия. 2002. № 4. С. 11 – 17.

6. Новиков В. Ф., Захаров В. А., Ульянов А. И., Сорокина С. В., Кудряшов М. Е. Влияние двухосной упругой деформации на коэрцитивную силу и локальную остаточную намагниченность конструкционных сталей / Дефектоскопия. 2010. № 7. С. 59 – 68.

7. Новиков В. Ф., Устинов В. П., Радченко А. В., Муратов К. Р., Кулак С. М., Сорокина С. В. О контроле напряжений в сложно нагруженной стальной конструкции методом магнитоупругого размагничивания / Дефектоскопия. 2016. № 6. С. 71 – 76.

8. Новиков В. Ф., Важенин Ю. И., Бахарев М. С., Кулак С. М., Муратов К. Р. Диагностика мест повышенной разрушаемости трубопровода. Изд. 2-е, стереот. — М.: ООО «Недра — Бизнес-центр», 2009. — 200 с.

9. Кулак С. М., Новиков В. Ф. Определение механических напряжений в стали методом магнитоупругого размагничивания / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. ¹ 7. С. 56 – 59.

10. Kulak S. M., Novikov V. F., and Baranov A. V. Control of Mechanical Stresses of High Pressure Container Walls by Magnetoelastic Method. Transport and Storage of Hydrocarbons IOP Publishing IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 154. P. 012004. DOI: 10.1088/1757-899X/154/1/012004

11. Пат. 2326356 Российская Федерация, МПК3 G01L 1/12. Магнитный способ определения осевых механических напряжений сложно нагруженного магнетика / Кулак С. М., Новиков В. Ф.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет». — № 2006142118/28; заявл. 28.11.06; опубл. 10.06.08. Бюл. ¹ 16.

12. Kulak S. M., Novikov V. F., Probotyuk V. V., Vatsenkov S. M., Fursov E. S. Magnetic testing of stressed state of hydrotested gas-separator wall / Russ. J. Nondestruct. Testing. 2019. Vol. 55. N 3. P. 225 – 232. DOI: 10.1134/S0130308219030072

13. Кострюкова Н. К., Новиков В. Ф., Кострюков О. М., Ершов С. П. Определение напряженного состояния металла труб под воздействием зон локальных разломов / Изв. вузов. Нефть и Газ. 2001. № 1. С. 80 – 85.

14. Новиков В. Ф., Бахарев М. С., Сорокина С. В. Неразрушающий контроль снеговой и ветровой нагрузки в режиме магнитоупругой памяти / Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2008. № 3. С. 51 – 54.

15. А.с. 549732 СССР, МКИ2 G01N 27/86. Способ неразрушающего контроля магнитных материалов / Л. С. Правдин, Н. М. Родигин, Ю. М. Акулов. № 1895501/28; заявл. 20.03.73; опубл. 05.03.77. Бюл. № 9.

16. Правдин Л. С., Бурцева В. А. Особенности изменения намагниченности и магнитострикции от малых приращений упругих напряжений и магнитного поля на примере малоуглеродистой стали / Дефектоскопия. 1992. № 4. С. 29 – 38.

17. Новиков В. Ф., Нассонов В. В., Горкунов Э. С., Невзорова Э. Г., Фатеев И. И. Об устойчивости остаточно намагниченного состояния к однократно прикладываемым напряжениям. — В сб.: Проблемы освоения нефтегазовых ресурсов Западной Сибири. — Тюмень: Тюменский индустриальный институт им. Ленинского комсомола, 1989. С. 91 – 96.

18. Новиков В. Ф., Бахарев М. С. Магнитная диагностика механических напряжений в ферромагнетиках. — Тюмень: Вектор Бук, 2001. — 220 с.

19. Новиков В. Ф., Дягилев В. Ф., Бахарев М. С., Нассонов В. В., Прилуцкий В. В. Закономерности магнитоупругого изменения остаточной намагниченности сталей / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2006. Т. 72. № 6. С. 34 – 37.

20. Новиков В. Ф., Бахарев М. С., Орел А. А. О магнитоупругой памяти высокохромистой стали / Дефектоскопия. 2001. № 10. С. 20 – 26.

21. Калиткин Н. Н. Численные методы. — М.: Наука, 1978. — 508 с.

22. Парахин А. С. ЭВМ в лабораторном практикуме: учебное пособие. — Курган: Изд-во Кург. гос. ун-та, 2000. — 109 с.

23. Новиков В. Ф., Кулак С. М., Андреев В. О. О контроле напряженно-деформированного состояния стальных мостовых конструкций (мост) методом магнитоупругого размагничивания / Строительная механика и расчет сооружений. 2020. ¹ 4. С. 3 – 7.