Контроль напряженно-деформированного состояния стальных конструкций магнитоупругим методом

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.

1. Пономарев 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.

2. 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: 10.24412/2413-2527-2021-327-11-16

3. Кузнецова 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-55-62

9. Будник 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.

10. 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.

11. Walnut B., Sertis D. Failures of pedestrian bridges / Bridges of the world, 2004. P. 69 – 77.

12. Овчинников И. Г., Дядченко Г. С. Пешеходные мосты: конструкция, строительство, архитектура: учеб. пособие. — Саратов: СГТУ, 2005. — 227 с.

13. Мехеда В. А. Тензометрический метод измерения деформаций: учебное пособие. — Самара: Самарский университет, 2011. — 56 с.

14. Маслов С. В. Применение натурной тензометрии для исследования напряженного состояния нового энергетического состояния / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. № 12. С. 64 – 74. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-12-64-74

15. Дубов 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.

16. Жуков С. В., Копица Н. Н. Исследование полей механических напряжений в металлических конструкциях приборами «Комплекс-2» / Российская академия транспорта. 1998. № 3. С. 214 – 222.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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-76-80

21. Ермаков 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: 10.26896/1028-6861-2024-90-8-38-46

22. Новиков 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.

23. 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: 10.26896/1028-6861-2024-90-4-66-74

24. Новиков В. Ф., Важенин Ю. И., Бахарев М. С. и др. Диагностика мест повышенной разрушаемости трубопровода. — М.: Недра – Бизнес-Центр, 2009. — 200 с.

25. 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.

26. 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/154/1/012004

27. Kulak 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/s0130308219030072

28. Кулак 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/s0130308222030022

29. Новиков 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: 10.37538/0039-2383.2020.4.3.7

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

31. 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.

32. 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.

33. 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.