Экспериментальное устройство для моделирования и исследования сложного напряженного состояния в ферромагнитных материалах

Abstract

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).