Виталий Федорович Новиков
625000, Тюмень, ул. Володарского, д. 38
Vitaly F. Novikov
38, Volodarsky ul., Tyumen, 625000
Сергей Михайлович Кулак
625000, Тюмень, ул. Володарского, д. 38
Sergey M. Kulak
38, Volodarsky ul., Tyumen, 625000
Александр Сергеевич Парахин
625000, Тюмень, ул. Володарского, д. 38
Alexander S. Parakhin
38, Volodarsky ul., Tyumen, 625000
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.
Magnetic and magnetoelastic methods of stress control are based on changes in the magnetic parameters of steel upon deformation. However, the magnetic properties of different steel grades, and even of the same grade in different heats may differ noticeably. The inhomogeneity of the magnetic and magnetoelastic properties of steel attributed to variations in the chemical composition, as well as in the modes of rolling and heating during manufacture affects the accuracy of stress control being a common disadvantage of magnetoelastic methods used for monitoring the stress-strain state of steel structures. The goal of the study is to consider the possibility of monitoring uniaxial mechanical stresses in steel structures in the «magnetoelastic memory» mode, based on H(σ) dependence of the strength of magnetic field of scattering local remanent magnetization of steel on the uniaxial stresses. The exponential function is shown to provide a satisfactory description of the experimental dependence of the strength of the magnetic field of scattering of the permanently magnetized 17G1S and 15KhSND steels on the stresses induced in steels by tension, compression, and impact. To improve the accuracy of the control, we propose to introduce the magnetoelastic sensitivity of steel (MSS) into the accepted form of the exponential dependence H(σ). A way to MSS determination not only on laboratory samples under ideal conditions, but directly on the construction under control (which reduces the errors of the control attributed to variations in the magnetic and magnetoelastic properties of steels) is considered. To implement the proposed procedure, prototypes of the devices for static and dynamic local loading of metal structure elements have been developed and manufactured. The devices have undergone a pilot test when monitoring the stress-strain state of the load-bearing beams of an automobile overpass. Using the developed devices, a local dosed loading with a hemispherical indenter was carried out through shock or static loading of a pre-magnetized region of the structure resulted in a decrease in the intensity of the magnetic field of scattering. A procedure for monitoring uniaxial stresses in steel structure elements by the method of magnetoelastic «memory» is proposed taking into account the measured magnetoelastic sensitivity of their material.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.