zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2026-92-3-33-41zldm-2758Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLКонтроль напряженно-деформированного состояния стальных конструкций магнитоупругим методомControl of the stress-strain state of steel structures using the magnetoelastic methodКулакC. М.KulakS. M.

Сергей Михайлович Кулак

625000, г. Тюмень, ул. Володарского, д. 38

Sergey M. Kulak

38, ul. Volodarskogo, Tyumen, 625000

kulaksm@tyuiu.ruТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation2026260320269233341Copyright © Кулак C.М., 20262026Кулак C.М.Kulak S.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2758

На точность контроля механических напряжений в стальных конструкциях магнитными методами влияет разброс магнитоупругих характеристик материала, связанный с его химическим составом, технологией изготовления и режимом термической обработки. Цель работы — контроль напряжений осевого растяжения стали по результатам магнитоупругого размагничивания. Испытания проводили с учетом магнитоупругой чувствительности материала, которую определяли при дополнительном поперечном сжатии. Оценивали рабочие напряжения осевого растяжения нижних полок двутавровых балок из стали 15ХСНД. Анализировали магнитоупругую «память» полок и пластинчатых стальных образцов при их осевом растяжении и локальном поперечном сжатии. Установлено, что относительное изменение напряженности магнитного поля рассеяния локальной остаточной намагниченности исследуемых балок и образцов прямо пропорционально зависит от напряжений растяжения и поперечного сжатия. Показано, что магнитоупругая чувствительность анализируемых марок стали к напряжениям растяжения и сжатия, определяемая по углу наклона выявленных зависимостей, отличается на 10 – 20 %. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании методики контроля технического состояния эксплуатируемых конструкций стальных сооружений.

The accuracy of mechanical stress monitoring in steel structures using magnetic methods is affected by the spread of the magnetoelastic properties of the material, which is related to its chemical composition, manufacturing technology, and heat treatment regime. The objective of this study was to monitor axial tensile stresses in steel using magnetoelastic demagnetization. Tests were conducted taking into account the magnetoelastic sensitivity of the material, which was determined under additional transverse compression. The working axial tensile stresses of the bottom flanges of I-beams made of 15KhSND steel were evaluated. The magnetoelastic memory of the flanges and plate steel specimens under axial tension and local transverse compression was analyzed. It was found that the relative change in the stray magnetic field strength of the local residual magnetization of the studied beams and specimens is directly proportional to tensile and transverse compressive stresses. It was shown that the magnetoelastic sensitivity of the analyzed steel grades to tensile and compressive stresses, determined by the slope of the identified dependencies, differs by 10 – 20%. The obtained results can be used to improve the methodology for monitoring the technical condition of operated steel structures.

напряженно-деформированное состояниемагнитоупругая памятьмагнитоупругое размагничивание сталимагнитоупругая чувствительностьstress-strain statemagnetoelastic memorymagnetoelastic demagnetization of steelmagnetoelastic sensitivityReferencesПономарев В. Н., 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 / Архитектура, строительство, образование. 2014. № 2(4). С. 7 – 16.Ponomarev V. N., Travush V. I., Bondarenko V. M., Eremin K. I. On the need for a systematic approach to scientific research in the field of integrated safety and prevention of accidents in buildings and structures / Arkhitekt. Stroit. Obraz. 2014. No. 2(4). P. 7 – 16 [in Russian].Липанов И. Д., Молодкин А. Д., Хомоненко А. Д. Разработка и перспективы информационной системы для мониторинга состояния мостов / Интеллектуальные технологии на транспорте. 2021. № 3(27). С. 11 – 16. DOI: 10.24412/2413-2527-2021-327-11-16Lipanov I. D., Molodkin A. D., Khomonenko A. D. Development and prospects of an information system for monitoring the condition of bridges / Intellekt. Tekhnol. Transp. 2021. No. 3(27). P. 11 – 16 [in Russian]. DOI: 10.24412/2413-2527-2021-327-11-16Кузнецова С. В., Козлов А. В. Причины аварий мостовых сооружений на территории РФ и стран СНГ / Дороги и мосты. 2018. ¹ 1(39). С. 16 – 17.Kuznetsova S. V., Kozlov A. V. Causes of bridge failures in the Russian Federation and the CIS countries / Dorogi i Mosty. 2018. No. 1(39). P. 16 – 17 [in Russian].Huang C., Lee G., Mohan S., Fard B. A study of U.S. bridge failures (1980 – 2012). — University at Buffalo, The State University of New York for MCEER Earthquake engineering of extreme events, 2013. — 148 p.Huang C., Lee G., Mohan S., Fard B. A study of U.S. bridge failures (1980 – 2012). — University at Buffalo, The State University of New York for MCEER Earthquake engineering of extreme events, 2013. — 148 p.Cau B. T., Thap N. H., Khoi P. V. An overview of bridge failures in Vietnam / Conference: Third Forensic Engineering Congress. 2003. P. 415 – 422.Cau B. T., Thap N. H., Khoi P. V. An overview of bridge failures in Vietnam / Conference: Third Forensic Engineering Congress. 2003. P. 415 – 422.Горохов Е. В., Васылев В. Н., Миронов А. Н., Щербина А. С. Напряженно-деформированное состояние металлической эллипсной балки / Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2020. Вып. 4(104). С. 65 – 70.Gorokhov E. V., Vasylev V. N., Mironov A. N., Shcherbina A. S. Stress-strain state of a metal elliptical beam / Vestn. Donbass. Nats. Akad. Stroit. Arkhitekt. 2020. Issue 4(104). P. 65 – 70 [in Russian].Божков В. И., Дизенко С. И., Педан О. А., Хорошев А. А. Испытание моста через реку Сочи / Научные труды КубГТУ. 2017. № 3. С. 83 – 89.Bozhkov V. I., Dizenko S. I., Pedan O. A., Khoroshev A. A. Testing the bridge across the Sochi River / Nauch. Tr. KuBGTU. 2017. No. 3. P. 83 – 89 [in Russian].Махутов Н. А., Гаденин М. М., Юдина О. Н. Анализ циклической прочности технических систем при сложных режимах эксплуатационного нагружения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 10. С. 55 – 62. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-55-62Makhutov N. A., Gadenin M. M., Yudina O. N. Analysis of the cyclic strength of technical systems under difficult operating conditions / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. No. 10. P. 55 – 62 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-55-62Будник М. С., Иодчик А. А. Исследование влияния коррозии на напряженно-деформированное состояние стальных конструкций / Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса. 2020. Т. 1. № 1. С. 18 – 20.Budnik M. S., Iodchik A. A. Study of the influence of corrosion on the stress-strain state of steel structures / Dal. Vostok: Probl. Razv. Arkhitekt.-Stroit. Kompl. 2020. Vol. 1. No. 1. P. 18 – 20 [in Russian].Козлов В. А. Напряженно-деформированное состояние элементов мостовых конструкций с переменной толщиной стенок вдоль длины / Научный журнал строительства и архитектуры. 2017. ¹ 4(48). С. 71 – 82.Kozlov V. A. Stress-strain state of elements of bridge structures with variable wall thickness along the length / Nauch. Zh. Stroit. Arkhitekt. 2017. No. 4(48). P. 71 – 82 [in Russian].Walnut B., Sertis D. Failures of pedestrian bridges / Bridges of the world, 2004. P. 69 – 77.Walnut B., Sertis D. Failures of pedestrian bridges / Bridges of the world, 2004. P. 69 – 77.Овчинников И. Г., Дядченко Г. С. Пешеходные мосты: конструкция, строительство, архитектура: учеб. пособие. — Саратов: СГТУ, 2005. — 227 с.Ovchinnikov I. G., Dyadchenko G. S. Pedestrian bridges: design, construction, architecture. — Saratov: SGTU, 2005. — 227 p. [in Russian].Мехеда В. А. Тензометрический метод измерения деформаций: учебное пособие. — Самара: Самарский университет, 2011. — 56 с.Mekheda V. A. Strain gauge method for measuring deformations: a tutorial. — Samara: Samar. Univ., 2011. — 56 p. [in Russian].Маслов С. В. Применение натурной тензометрии для исследования напряженного состояния нового энергетического состояния / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. № 12. С. 64 – 74. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-12-64-74Maslov S. V. Application of natural strain gauge measurement for studying the stress state of a new energy state / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2022. No. 12. P. 64 – 74 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-12-64-74Дубов А. А., Дёмин Е. А., Миляев А. И., Стеклов О. А. Опыт контроля напряжённо-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.Dubov A. A., Demin E. A., Milyaev A. I., Steklov O. A. Experience of monitoring the stress-strain state of gas pipelines using the metal magnetic memory method in comparison with traditional methods and means of stress monitoring / Kontrol. Diagn. 2002. No. 4. P. 53 – 56 [in Russian].Жуков С. В., Копица Н. Н. Исследование полей механических напряжений в металлических конструкциях приборами «Комплекс-2» / Российская академия транспорта. 1998. № 3. С. 214 – 222.Zhukov S. V., Kopitsa N. N. Study of mechanical stress fields in metal structures using «Complex-2» devices / Ross. Akad. Transp. 1998. No. 3. P. 214 – 222 [in Russian].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.Novikov V. F., Yatsenko T. A., Bakharev M. S. Dependence of the coercive force of low-carbon steels on uniaxial stresses (part 2) / Defektoskopiya. 2002. No. 4. P. 11 – 17 [in Russian].Новиков В. Ф., Захаров В. А., Ульянов А. И. и др. Влияние двухосной упругой деформации на коэрцитивную силу и локальную остаточную намагниченность конструкционных сталей / Дефектоскопия. 2010. № 7. С. 59 – 68.Novikov V. F., Zakharov V. A., Ulyanov A. I., et al. Effect of biaxial elastic deformation on the coercive force and local residual magnetization of structural steels / Defektoskopiya. 2010. No. 7. P. 59 – 68 [in Russian].Горкунов Э. С., Задворкин С. М., Смирнов С. В. и др. Взаимосвязь между параметрами напряженно-деформированного состояния и магитными характеристиками углеродистых сталей / Физика металлов и металловедение. 2007. Т. 103. № 3. С. 322 – 327.Gorkunov E. S., Zadvorkin S. M., Smirnov S. V., et al. Relationship between parameters of stress-strain state and magnetic characteristics of carbon steels / Fiz. Met. Metalloved. 2007. Vol. 103. No. 3. P. 322 – 327 [in Russian].Семыкин В. Н., Проценко В. Н., Бесько А. В., Свиридов Д. А. Траектории главных напряжений после пластической деформации / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 2(I). С. 76 – 80. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-2-i-76-80Semykin V. N., Protsenko V. N., Besko A. V., Sviridov D. A. Trajectories of major stresses after plastic deformation / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. No. 2(I). P. 76 – 80 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-2-i-76-80Ермаков В. А., Корнилова А. В. Диагностика металлоконструкций из ферро- и парамагнитных материалов методом коэрцитивной силы / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. № 8. С. 38 – 46. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-8-38-46Ermakov V. A., Kornilova A. V. Diagnostics of metal structures made of ferro- and paramagnetic materials by the method of coercive force / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2024. Vol. 90. No. 8. P. 38 – 46 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-8-38-46Новиков В. Ф., Устинов В. П., Радченко А. В. и др. О контроле напряжений в сложно нагруженной стальной конструкции методом магнитоупругого размагничивания / Дефектоскопия. 2016. № 6. С. 71 – 76.Novikov V. F., Ustinov V. P., Radchenko A. V., et al. On stress control in a complexly loaded steel structure using by the method of magnetoelastic demagnetization / Defektoskopiya. 2016. No. 6. P. 71 – 76 [in Russian]/Хлыбов А. А., Рябов Д. А., Соловьев А. А. Применение магнитного метода для контроля деформированного состояния образцов из стали ER308LSI, полученных методом аддитивного выращивания / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. № 4. С. 66 – 74. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-4-66-74Khlybov A. A., Ryabov D. A., Solovev A. A. Application of the magnetic method to control the deformed state of ER308LSI steel samples obtained by additive cultivation / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2024. Vol. 90. No. 4. P. 66 – 74 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-4-66-74Новиков В. Ф., Важенин Ю. И., Бахарев М. С. и др. Диагностика мест повышенной разрушаемости трубопровода. — М.: Недра – Бизнес-Центр, 2009. — 200 с.Novikov V. F., Vazhenin Yu. I., Bakharev M. S., et al. Diagnostics of places with increased destructibility of the pipeline. — Moscow: Nedra – Biznes-Tsentr, 2009. — 200 p. [in Russian].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.Kulak S. M., Novikov V. F. Determination of mechanical stresses in steel by magnetoelastic demagnetization method / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2015. Vol. 81. No. 7. P. 56 – 59 [in Russian].Kulak S. M., Novikov V. F., 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/154/1/012004Kulak S. M., Novikov V. F., 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/154/1/012004Kulak S. M., Novikov V. F., Probotyuk V. V., et al. Magnetic testing of stressed state of hydrotested gas-separator wall / Russ. J. Nondestr. Testing. 2019. Vol. 55. No. 3. P. 225 – 232. DOI: 10.1134/s0130308219030072Kulak S. M., Novikov V. F., Probotyuk V. V., et al. Magnetic testing of stressed state of hydrotested gas-separator wall / Russ. J. Nondestr. Testing. 2019. Vol. 55. No. 3. P. 225 – 232. DOI: 10.1134/s0130308219030072Кулак С. М., Новиков В. Ф., Мальцев В. С. Контроль механических напряжений несущих стальных двутавровых балок автомобильной эстакады магнитным и тензометрическим методами / Дефектоскопия. 2022. № 3. С. 13 – 22. DOI: 10.31857/s0130308222030022Kulak S. M., Novikov V. F., Maltsev V. S. Control of mechanical stresses of load-bearing steel I-beams of a road overpass using magnetic and strain gauge methods / Defektoskopiya. 2022. No. 3. P. 13 – 22 [in Russian]. DOI: 10.31857/s0130308222030022Новиков В. Ф., Кулак С. М., Андреев В. О. О контроле напряженно-деформированного состояния стальных мостовых конструкций методом магнитоупругого размагничивания / Строительная механика и расчет сооружений. 2020. № 4. С. 3 – 7. DOI: 10.37538/0039-2383.2020.4.3.7Novikov V. F., Kulak S. M., Andreev V. O. On the control of the stress-strain state of steel bridge structures by the method of magnetoelastic demagnetization / Stroit. Mekh. Rasch. Sooruzh. 2020. No. 4. P. 3 – 7 [in Russian]. DOI: 10.37538/0039-2383.2020.4.3.7Новиков В. Ф., Бахарев М. С. Магнитная диагностика механических напряжений в ферромагнетиках. — Тюмень: Вектор БуК, 2001. — 220 с.Novikov V. F., Bakharev M. S. Magnetic diagnostics of mechanical stresses in ferromagnets. — Tyumen: Vektor BuK, 2001. — 220 p. [in Russian].Уаитов С. С., Золотарева Е. В. Структура и свойства стали 15ХСНД, используемой в мостостроении / Международ. науч.-практ. конф. молодых исследователей: сб. мат. — Тюмень: ТИУ, 2019.Uaitov S. S., Zolotareva E. V. Structure and properties of 15KhSND steel used in bridge construction / Proc. of the Int. Sci. and Pract. Conf. of Young Researchers. — Tyumen: TIU, 2019. [in Russian].Костин В. Н., Царькова Т. П., Ничипурук А. П. и др. Необратимые изменения намагниченности как индикаторы напряженно-деформированного состояния ферромагнитных объектов / Дефектоскопия. 2009. № 11. С. 54 – 67.Kostin V. N., Tsarkova T. P., Nichipuruk A. P., et al. Irreversible changes in magnetization as indicators of the stress-strain state of ferromagnetic objects / Defektoskopiya. 2009. No. 11. P. 54 – 67 [in Russian].Горкунов Э. С. Различные состояния остаточной намагниченности и их устойчивость к внешним воздействиям. К вопросу о «методе магнитной памяти» / Дефектоскопия. 2014. ¹ 11. С. 3 – 21.Gorkunov E. S. Various states of residual magnetization and their resistance to external influences. On the issue of the «magnetic memory method» / Defektoskopiya. 2014. No. 11. P. 3 – 21 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.