Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур
Представлены результаты исследования низкотемпературной скачкообразной деформации и влияния магнитно-импульсного цитирования на закономерности деформирования бронзы БрХ08Цр. Установлены закономерности прироста деформации от напряженности поля и приложенной нагрузки. Показана возможность эксперим...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2003 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2003
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46950 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур / В.А. Стрижало, Е.В. Воробьев // Проблемы прочности. — 2003. — № 1. — С. 137-142. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46950 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Стрижало, В.А. Воробьёв, В.А. 2013-07-08T06:26:39Z 2013-07-08T06:26:39Z 2003 Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур / В.А. Стрижало, Е.В. Воробьев // Проблемы прочности. — 2003. — № 1. — С. 137-142. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46950 539.43 Представлены результаты исследования низкотемпературной скачкообразной деформации и влияния магнитно-импульсного цитирования на закономерности деформирования бронзы БрХ08Цр. Установлены закономерности прироста деформации от напряженности поля и приложенной нагрузки. Показана возможность экспериментального моделирования эффекта прерывистой текучести методом наложения импульса магнитного поля и получена соответствующая математическая модель процесса деформирования. Наведено результати дослідження низькотемпературної стрибкоподібної деформації та впливу магнітно-імпульсного циклювання на закономірності деформування бронзи БрХ08Цр. Установлено закономірності приросту деформації від напруженості поля та прикладеного навантаження. Показано можливість експериментального моделювання ефекту переривчастої текучості методом накладання імпульсу магнітного поля і отримано відповідну математичну модель процесу деформування. We present results of studying low-temperature stepwise deformation and the influence of magnetoimpulse cycling on the regularities of deformation of BrKH08TSr bronze. We have established dependences of an increase in deformation on the field strength and the load applied. A possibility is shown of experimental modeling the effect of intermittent yielding by the method of superposition of pulse magnetic field and the corresponding mathematical model of the deformation process is derived. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур Stepwise Metal Deformation under the Action of Pulse Magnetic Field and Cryogenic Temperatures Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур |
| spellingShingle |
Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур Стрижало, В.А. Воробьёв, В.А. Научно-технический раздел |
| title_short |
Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур |
| title_full |
Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур |
| title_fullStr |
Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур |
| title_full_unstemmed |
Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур |
| title_sort |
скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур |
| author |
Стрижало, В.А. Воробьёв, В.А. |
| author_facet |
Стрижало, В.А. Воробьёв, В.А. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2003 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы прочности |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Stepwise Metal Deformation under the Action of Pulse Magnetic Field and Cryogenic Temperatures |
| description |
Представлены результаты исследования низкотемпературной скачкообразной деформации
и влияния магнитно-импульсного цитирования на закономерности деформирования бронзы
БрХ08Цр. Установлены закономерности прироста деформации от напряженности поля и
приложенной нагрузки.
Показана возможность экспериментального моделирования эффекта прерывистой текучести
методом наложения импульса магнитного поля и получена соответствующая математическая
модель процесса деформирования.
Наведено результати дослідження низькотемпературної стрибкоподібної деформації
та впливу магнітно-імпульсного циклювання на закономірності
деформування бронзи БрХ08Цр. Установлено закономірності приросту деформації
від напруженості поля та прикладеного навантаження.
Показано можливість експериментального моделювання ефекту переривчастої
текучості методом накладання імпульсу магнітного поля і отримано
відповідну математичну модель процесу деформування.
We present results of studying low-temperature stepwise deformation and the influence of magnetoimpulse cycling on the regularities of deformation of BrKH08TSr bronze. We have established dependences of an increase in deformation on the field strength and the load applied. A possibility is shown of experimental modeling the effect of intermittent yielding by the method of superposition of pulse magnetic field and the corresponding mathematical model of the deformation process is derived.
|
| issn |
0556-171X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46950 |
| citation_txt |
Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия импульсного магнитного поля и криогенных температур / В.А. Стрижало, Е.В. Воробьев // Проблемы прочности. — 2003. — № 1. — С. 137-142. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT strižalova skačkoobraznaâdeformaciâmetallavusloviâhvozdeistviâimpulʹsnogomagnitnogopolâikriogennyhtemperatur AT vorobʹevva skačkoobraznaâdeformaciâmetallavusloviâhvozdeistviâimpulʹsnogomagnitnogopolâikriogennyhtemperatur AT strižalova stepwisemetaldeformationundertheactionofpulsemagneticfieldandcryogenictemperatures AT vorobʹevva stepwisemetaldeformationundertheactionofpulsemagneticfieldandcryogenictemperatures |
| first_indexed |
2025-11-26T05:48:51Z |
| last_indexed |
2025-11-26T05:48:51Z |
| _version_ |
1850611355864793088 |
| fulltext |
УДК 539.43
Скачкообразная деформация металла в условиях воздействия
импульсного магнитного поля и криогенных температур
В. А. С триж ало , Е. В. Воробьев
Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина
Представлены результаты исследования низкотемпературной скачкообразной деформации
и влияния магнитно-импульсного цитирования на закономерности деформирования бронзы
БрХ08Цр. Установлены закономерности прироста деформации от напряженности поля и
приложенной нагрузки.
Показана возможность экспериментального моделирования эффекта прерывистой теку
чести методом наложения импульса магнитного поля и получена соответствующая мате
матическая модель процесса деформирования.
Ключевые слова : скачкообразная деформация, импульс магнитного поля,
импульсное воздействие, прирост деформации, циклирование, прерывистая
текучесть.
При практическом использовании эффекта сверхпроводимости требу
ется учитывать влияние мощных магнитных полей (МП) на прочность и
особенности деформирования конструкционных материалов в условиях глу
бокого охлаждения [1, 2]. Такой учет необходим также при разработке
методов магнитно-импульсной обработки металлов и реализации других
практических приложений.
Ранее [3-5] исследовалось влияние постоянного М П и единичных
импульсов на сопротивление деформированию и механические характерис
тики металлов при криогенных температурах. В данной работе представ
лены новые результаты исследования влияния магнитно-импульсного цикли-
рования на закономерности деформирования металлов, в том числе приме
нительно к задаче моделирования низкотемпературной прерывистой теку
чести.
Объектом исследования служила бронза БрХ08Цр, перспективная для
применения в термоядерных реакторах и электрофизических установках со
сверхпроводящими магнитами. Использовали стандартные пятикратные
образцы с диаметром рабочей части 3 мм.
Эксперименты проводили при температуре 293, 77 и 4,2 К на установке
УМН-10 [2], в которой модернизирована система создания импульсного МП
- в качестве накопителя энергии использовался промышленный энергети
ческий модуль “Импульс БМ ”. Емкость батареи высоковольтных конденса
торов 1800 мкФ, напряжение заряда до 6 кВ, что дает возможность накапли
вать энергию до 30 кДж, преобразуемую в энергию поля. Система позволяет
генерировать сильное М П напряженностью Н < 24,4 МА/м. Напряженность
поля пропорциональна напряжению заряда, задаваемому в интервале 1...6 кВ
с шагом 0,1 кВ. По достижении заданного напряжения происходит разряд
батареи через соленоид, на оси отверстия которого расположен образец.
Кроме того, с помощью системы можно генерировать как отдельные импуль-
© В. А. СТРИЖАЛО, Е. В. ВОРОБЬЕВ, 2003
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, N 1 137
В. А. Стрижало, Е. В. Воробьев
3 — 1сы, так и их непрерывные серии. Круговая частота поля » = 13,1-10 с ,
соответственно длительность импульса (первого полупериода) г = 0,24 мс.
Испытания на растяжение показали, что с понижением температуры от
293 до 4,2 К увеличиваются как прочностные, так и пластические характе
ристики бронзы: предел прочности о в - от 280 до 320 МПа, относительное
удлинение д - от 28,0 до 42,5%.
Низкотемпературная прерывистая текучесть бронзы реализуется при
температуре 4,2 К и напряжениях течения, близких к пределу прочности.
При этом большая часть диаграммы растяжения является гладкой, ампли
туда скачков по напряжению очень мала и не превыш ает 1% напряжения
начала скачка; в то же время для аустенитных сталей амплитуда скачков
составляет ~ 2 0 % [2 ].
Диффузия М П в проводящий материал сопровождается потерями энер
гии поля на электродинамическое сжатие и нагрев проводника в результате
действия пондеромоторного и термического эффектов. В случае использу
емой методики первый преимущественно проявляется для материалов с
довольно высокой электропроводностью, к которым относятся и бронзы,
второй - при температурах 20 К и ниже, когда теплоемкость металлов близка
к нулю [3-5].
Эксперименты с наложением серии импульсов МП проводили при
о = const на трех уровнях напряжений: о = 0 , о = 0 ,8 о т и о = о т (о т = о 0 2 )
при температуре 293 и 77 К. Создавалось МП напряженностью 8,3; 12,4 и
16,6 МА/м, причем в каждой серии импульсов она не изменялась. При о = 0
остаточная деформация появлялась после серии импульсов лиш ь при макси
мальной напряженности. В случае если образец предварительно нагружен,
приросты деформации Дг { регистрировались после каждого импульса
(рис. 1). В условиях жесткого нагружения процесс деформирования сопро
вождался резким спадом нагрузки. После подгружения производился следу
ющий импульс. При определенном числе импульсов приращение деформа
ции затухает, и она достигает величины насыщения Д г2 .
Рис. 1. Деформирование образца бронзы БрХ08Цр под действием импульсного МП при
температуре 77 К.
138 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 1
Скачкообразная деформация металла
Как отдельные приросты деформации Дг 1, так и их суммарная вели
чина Д г^ возрастают с увеличением а . При Т = 77 К повышение напря
жения от уровня 0 ,8а т до а т сопровождается ростом Д г 2 на 40% (здесь и
далее подразумеваются истинные деформации и напряжения).
Ранее показано [3, 4], что воздействие импульса М П при сильном или
умеренном скинировании поля (рассматриваемый случай) на уровне напря
жения течения а ^ дает прирост деформации образца Дг^ = кг Н 2/ а ^ , где
кг = [Г/м] - коэффициент пропорциональности, при а = 0 - Д«1 = (к гН —
— №Л)1 а т , где - дополнительная удельная энергия. Полагая, что эта
энергия пропорциональна энергии упругого деформирования, из условия
энергетического баланса при а < а т получаем
Д «1 = [к £ Н 2 — к у (а 2 — а 2 )Е ~ 1] а т , (1)
где к у - безразмерный коэффициент пропорциональности; Е - модуль
упругости материала. Согласно (1), на величину Дг^ и соответственно Д г 2
существенное влияние оказывает напряженность М П (рис. 2).
Некоторое снижение эффективности импульсных воздействий М П с
повышением температуры до 293 К (примерно на 25%) является следствием
увеличения удельного электрического сопротивления металла и соответст
венно глубины проникновения поля [3, 4].
п
Рис. 2. Зависимости суммарного прироста деформации образца от числа импульсов при
напряженности поля 8,3 (1), 12,4 (2) и 16,6 МА/м (3), Т = 77 К и а = а т.
Аппроксимируя диаграмму растяжения степенной зависимостью а =
= а т + А г т , где А и т - постоянные, с использованием энергетического
подхода получаем, что при а = а т после серии из п импульсов следующий
импульс даст прирост деформации
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 1 139
В. А. Стрижало, Е. В. Воробьев
Д£ п+1
( п \ 2m / ( n \m
-1
k £ H 2 - k yA 2 | 2 Д£ i Г 0 т + а | Х Д£ i . (2 )
V i=1 / v i=1
Из (2) следует, что при насыщении, когда Ае и+1 = 0, соотношение
между общим приростом деформации и напряженностью МП имеет вид
Д£у = (^ Е к £/ к у j
1/m
(3)
При достаточно больших величинах Н и п под действием серии
импульсов М П произойдет разрушение образца, т.е. общий прирост дефор
мации превысит деформацию е в, соответствующую пределу прочности о в.
С учетом того что о в = о т + Ае т, из (3) получаем условие разрушения
Н ^ (0 в - 0 т ) Ц к у / Е к е .
Согласно (3), Д£: H 1/m соответственно ( Д£Ъ )H / ( Д£Ъ )H1
~ ( H / H 1) 1/m. При H 1 = 8,3 МА/м, Т = 77 К (m = 0,21 с учетом £ в = m [6 ])
для использованного ряда величин напряженности 8,3; 12,4 и 16,6 МА/м
соотношения (H /H 1) 1/m составляют соответственно 1,0; 7,1 и 28. Полу
ченные экспериментально соотношения ( Д £2 )h I (Д £ ^ )h 1 составляют 1,0 ;
6,3 и 23,0, т.е. они довольно близки к расчетным значениям.
После магнитно-импульсного циклирования изменяются механические
характеристики материала: предел текучести возрастает, относительное
удлинение снижается. При Т = 77 К их наибольшие изменения достигают
36,0 и 23,0% соответственно.
Поскольку импульс М П вызывает резкий скачок деформации и напря
жения, такой процесс деформирования, как и основанный на импульсном
механическом подгружении образца [7], можно рассматривать как модель
отдельного акта низкотемпературной прерывистой текучести.
Для описания этого процесса используем уравнение состояния для
одномерного упрочняющегося вязкопластического тела [8 ]:
0 = 0 0 + £в + , (4)
где в - модуль упрочнения; ^ - коэффициент вязкости; о 0 > о т . С исполь
зованием (4) составим уравнение равновесия в напряжениях для непод-
гружаемой системы образец-маш ина при воздействии импульса М П в виде
о + £ML/F = о 0 - K£ + p sin rnt, или
Р£ + £ ц / и + £(в + K ) / u = — s in rnt,
u (5)
где М - масса подвижных частей; Ь - длина рабочей части образца; Б -
площадь ее поперечного сечения; K = (1/ Е + F / CL) 1 « CL/F - эффектив
и
140 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2003, № 1
Скачкообразная деформация металла
2
ный модуль системы образец-маш ина; С - жесткость системы; p = kp H -
амплитудное значение давления МП; kp - коэффициент пропорциональ
ности; t - время; u = M L /F . Длительность процесса деформирования со
ответствует времени нарастания нагрузки, т.е. г c/2 . При сильном скиниро-
вании поля можно принять kp = ц 0, где ц 0 - магнитная постоянная.
Преобразовывая (5) к виду ё + аё + Ьё = c sin o t, получаем дифференци
альное уравнение, аналогичное полученному для описания процесса преры
вистой текучести [9], что служит теоретическим подтверждением возмож
ности предлагаемого моделирования.
Следует отметить, что при ( о > ( о c , где о c ~ д/C M - собственная
частота колебаний системы образец-маш ина, в процессе импульсного де
формирования происходит размыкание силовой цепи, поскольку скорость
перемещения головки образца превышает скорость упругого возврата захва
та машины. В этом случае, в отличие от моделируемого процесса ПТ силы
упругости не участвуют в работе деформирования, а сопротивление сил
инерции уменьшается на несколько порядков, и адекватность модели на
количественном уровне существенно снижается. Восстановление адекват
ности возможно путем изменения соотношения между коэффициентами при
ё и ё в (5) или между о и о с . Модельные материалы выбираются из числа
обладающих малым удельным электрическим сопротивлением.
Таким образом, экспериментально изучено влияние сильных магнитных
полей, действующих в режиме магнитно-импульсного циклирования, на
закономерности низкотемпературного деформирования металла при посто
янных уровнях нагрузки. Установлены закономерности прироста деформа
ции от напряженности поля и механического напряжения. Расчетные резуль
таты находятся в хорошем соответствии с экспериментальными.
Показана возможность экспериментального моделирования эффекта
прерывистой текучести методом воздействия на нагружаемый образец
импульса М П и получена математическая модель данного процесса.
Р е з ю м е
Наведено результати дослідження низькотемпературної стрибкоподібної де
формації та впливу магнітно-імпульсного циклювання на закономірності
деформування бронзи БрХ08Цр. Установлено закономірності приросту де
формації від напруженості поля та прикладеного навантаження.
Показано можливість експериментального моделювання ефекту переривчас
тої текучості методом накладання імпульсу магнітного поля і отримано
відповідну математичну модель процесу деформування.
1. Георгиевский А. В., Максименко Б. П. М агнитные системы термоядер
ных реакторов // Атом. техника за рубежом. - 1982. - № 5. - С. 9 - 20.
2. Стрижало В. А., Новогрудский Л. С., Воробьев Е. В. Прочность сплавов
криогенной техники при электромагнитных воздействиях. - Киев: Наук.
думка, 1990. - 180 с.
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2003, № 1 141
В. А. Стрижало, Е. В. Воробьев
3. Воробьев Е. В. О влиянии импульсных магнитных полей на законо
мерности деформирования металлов при низких температурах // Пробл.
прочности. - 1986. - № 4. - С. 42 - 45.
4. Воробьев Е. В. Деформирование меди при воздействии сильных магнит
ных полей и криогенных температур // Там же. - 1989. - № 12. - С. 32 -
36.
5. Воробьев Е. В. Н изкотемпературное упрочнение конструкционных
сплавов в условиях воздействия сильных магнитных полей // Там же. -
1990. - № 6 . - С. 48 - 52.
6 . M cClintock F. A. and Argon A. S. M echanical Behavior o f M aterials. -
Reading: Addison-W esley Publishing Company, 1966. - 443 p.
7. Стрижало В. А., Воробьев Е. В. М оделирование низкотемпературной
прерывистой текучести методом импульсного подгружения // Пробл.
прочности. - 1997. - № 3. - С. 83 - 89.
8 . Степанов Г. В. Упругопластическое деформирование и разрушение
материалов при импульсном нагружении. - Киев: Наук. думка, 1991. -
285 с.
9. Воробьев Е. В., Стрижало В. А. Развитие низкотемпературной скачко
образной деформации металлов и возможности ее устранения // Пробл.
прочности. - 1999. - № 1. - С. 41 - 52.
Поступила 25. 04. 2002
142 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2003, № 1
|