Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности
Представлены результаты экспериментального и численного исследования нестационарного
 напряженно-деформированного состояния в тонком стальном стержне (отрезок
 проволоки), предварительно растянутом статической нагрузкой до напряжений ниже
 предела текучести, при пропускании и...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47100 |
| 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: | Нестационарное напряженно-деформированное состояние в
 длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока
 высокой плотности / Г.В. Степанов, А.И. Бабуцкий, И.А. Мамеев // Проблемы прочности. — 2004. — № 4. — С. 60-67. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860166040265162752 |
|---|---|
| author | Степанов, Г.В. Бабуцкий, А.И. Мамеев, И.А. |
| author_facet | Степанов, Г.В. Бабуцкий, А.И. Мамеев, И.А. |
| citation_txt | Нестационарное напряженно-деформированное состояние в
 длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока
 высокой плотности / Г.В. Степанов, А.И. Бабуцкий, И.А. Мамеев // Проблемы прочности. — 2004. — № 4. — С. 60-67. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Представлены результаты экспериментального и численного исследования нестационарного
напряженно-деформированного состояния в тонком стальном стержне (отрезок
проволоки), предварительно растянутом статической нагрузкой до напряжений ниже
предела текучести, при пропускании импульса электрического тока высокой плотности.
Воздействие импульса электрического тока приводит к осцилляции осевых напряжений с
периодом, соответствующим периоду собственных продольных колебаний стержня. Уровень
максимальных сжимающих и растягивающих напряжений определяется длительностью
фронта и амплитудой импульса тока. Высокий уровень указанных напряжений в центральной
части стержня вызывает локальную потерю продольной устойчивости. Результаты
численного моделирования напряженно-деформированного состояния в стержне при его
нагреве в результате воздействия импульса электрического тока соответствуют экспериментально
наблюдаемым эффектам. Снижение после воздействия тока уровня растягивающих
напряжений от приложенной статической нагрузки свидетельствует о развитии
процессов релаксации, связанных не только с нагревом. Для отдельной оценки эффектов,
обусловленных волнами упругих напряжений в стержне, нагревом и непосредственным
действием электрического тока, необходимы дополнительные исследования.
Представлено результати експериментального та чисельного дослідження
нестаціонарного напружено-деформованого стану в тонкому сталевому
стрижні (відрізок дроту), який було попередньо розтягнуто статичним навантаженням
до напружень, нижчих за границю текучості, при пропусканні
імпульсу електричного струму високої густини. Дія імпульсу електричного
струму призводить до осциляції осьових напружень із періодом, що відповідає періоду власних поздовжніх коливань стрижня. Рівень максимальних
стискальних і розтяжних напружень визначається тривалістю фронту й
амплітудою імпульсу струму. Високий рівень указаних напружень у центральній
частині стрижня зумовлює локальну втрату поздовжньої стійкості.
Результати чисельного моделювання напружено-деформованого стану в
стрижні при його нагріванні в результаті дії імпульсу електричного струму
відповідають ефектам, які спостерігаються експериментально. Зниження
після дії струму рівня попередніх розтяжних напружень від прикладеного
статичного навантаження свідчить про розвиток процесів релаксації, які
пов’язані не тільки з нагріванням. Для окремої оцінки ефектів, що зумовлені
хвилями пружних напружень у стрижні, нагріванням та безпосередньою
дією електричного струму, необхідні додаткові дослідження.
We discuss the results of experimental and numerical
studies of nonstationary stress-strain
state of a thin steel rod (steel wire portion) preliminarily
stressed by a static tensile load below
the yield stress and then exposed to action
of high-density electric pulse. The latter induces
oscillations of axial stresses with oscillation
period corresponding to that of the rod
natural longitudinal vibrations. The levels of
maximal compressive and tensile stresses are
controlled by the stress front duration and electric
pulse amplitude. High level of the above
stresses in the rod central portion results in the
local loss of longitudinal stability. The results
of numerical modeling of stress-strain state of a
rod exposed to heating by electric pulse show
satisfactory agreement with the experimentally
observed effects. Reduction of the initial tensile
stresses induced by the preliminary static load
as a result of electric pulse action indicates the
development of relaxation process, which cannot
be attributed only to heating. Additional
studies are required for a separate assessment
of effects caused by elastic stress waves in a
rod, by heating and direct action of the electric
pulse.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:56:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.3
Нестационарное напряженно-деформированное состояние в
длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока
высокой плотности
Г. В. Степанов, А. И. Бабуцкий, И. А. М амеев
Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина
Представлены результаты экспериментального и численного исследования нестационар
ного напряженно-деформированного состояния в тонком стальном стержне (отрезок
проволоки), предварительно растянутом статической нагрузкой до напряжений ниже
предела текучести, при пропускании импульса электрического тока высокой плотности.
Воздействие импульса электрического тока приводит к осцилляции осевых напряжений с
периодом, соответствующим периоду собственных продольных колебаний стержня. Уро
вень максимальных сжимающих и растягивающих напряжений определяется длительностью
фронта и амплитудой импульса тока. Высокий уровень указанных напряжений в централь
ной части стержня вызывает локальную потерю продольной устойчивости. Результаты
численного моделирования напряженно-деформированного состояния в стержне при его
нагреве в результате воздействия импульса электрического тока соответствуют экспе
риментально наблюдаемым эффектам. Снижение после воздействия тока уровня растяги
вающих напряжений от приложенной статической нагрузки свидетельствует о развитии
процессов релаксации, связанных не только с нагревом. Для отдельной оценки эффектов,
обусловленных волнами упругих напряжений в стержне, нагревом и непосредственным
действием электрического тока, необходимы дополнительные исследования.
Клю чевые слова : импульсный электрический ток, потеря устойчивости,
волна разгрузки, релаксация напряжений, напряженно-деформированное
состояние.
Введение. При пропускании импульсного электрического тока (ИЭТ)
высокой плотности в металлическом материале наблюдаются хорошо изу
ченные эффекты - повышение температуры, действие пондеромоторных сил
(пинч-эффект), концентрация тока у поверхности (скин-эффект) и др. Не
смотря на систематические исследования, проводимые в этом направлении
уже несколько десятилетий, единое мнение о влиянии параметров ИЭТ на
механизмы изменения характеристик прочности и пластичности металлов,
ползучесть и релаксацию механических напряжений отсутствует. Например,
авторы работ [1-3] считают, что наиболее существенное влияние на процессы
в металле оказывает электропластический эффект, не связанный с разогревом
и обусловленный прямым воздействием электронов проводимости на дисло
кации и другие дефекты кристаллической решетки. В [4-6] предполагается,
что эффект электропластичности определяется существенной локальной не
однородностью распределения температуры по объему металла, т.е. имеет
термическую природу. По мнению авторов работы [7], на процессы пласти
ческой деформации металлов при электрическом воздействии влияют как
вышеуказанные факторы, так и ряд других.
Для экспериментального исследования процессов, происходящих в ме
талле, разработаны специальные методики, однако объем выполненных к
© Г. В. СТЕПАНОВ, А. И. БАБУЦКИЙ, И. А. МАМЕЕВ, 2004
60 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4
Нестационарное напряженно-деформированное состояние
настоящему времени исследований и результаты их анализа недостаточны
для полного понимания механизмов влияния ИЭТ на характеристики проч
ности и пластичности металла, в связи с чем дальнейшие исследования этих
процессов остаются актуальными. В частности, недостаточно проанализиро
вана роль нестационарного напряженно-деформированного состояния (НДС)
в объеме металла при пропускании через него ИЭТ. Практически все иссле
дования ограничены изучением влияния пинч-эффекта [8, 9] и не учитывают
волновые процессы нагрузки-разгрузки, возникающие при продольном рас
ширении металла образца, нагретого импульсом электрического тока.
В данном сообщении представлены результаты экспериментальных
исследований влияния ИЭТ высокой плотности на релаксацию напряжений
в тонком стальном стержне (отрезок проволоки), растянутом статической
нагрузкой до напряжений ниже предела текучести. С использованием
метода конечных элементов (МКЭ) численно исследовалось нестационарное
НДС, вызванное пропусканием импульсного тока.
Результаты экспериментальны х исследований и их анализ. Процесс
релаксации растягивающих напряжений изучали как при воздействии ИЭТ,
так и при постоянном токе величиной 400 А. В качестве образцов исполь
зовали отожженную низкоуглеродистую стальную проволоку диаметром
В = 0,8 мм и длиной Ь = 350 мм. На рис. 1,а приведена схема механических
испытаний образцов в условиях жесткого нагружения, реализованная на
базе испытательной машины РМ-30.
нагружающее устройство) - а и вид его централь-
а ной части после воздействия ИЭТ - б.
Схема генератора ИЭТ, использовавшегося при данных исследованиях
показана на рис. 2. Генератор ИЭТ включает источник высокого напряжения
(до 5 кВ), батарею конденсаторов, общей емкостью до 2000 мкФ, механи
ческий разрядник и балластное сопротивление. Амплитуду импульсного
тока, длительность фронта и общую длительность импульса регистрировали
с использованием пояса Роговского, сигнал с которого подавался на высоко
скоростную аналого-цифровую плату регистрации персонального компью
тера. Температуру нагрева образцов в результате пропускания электричес
кого тока регистрировали потенциометром КСП-4 с использованием хромель-
алюмелевой термопары.
ІББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4 61
Г. В. Степанов, А. И. Бабуцкий, И. А. Мамеев
Рис. 2. Схема генератора ИЭТ и регистрации параметров нагружения образца: С - батарея
конденсаторов; К - балластное сопротивление; Р и Р1 - разрядники; 1 - источник высокого
напряжения; 2 - программа обработки данных; 3 - аналого-цифровая плата; 4 - пояс
Роговского; 5 - образец; 6 - потенциометр КСП-4.
К каждому образцу прикладывали начальную нагрузку, вызывающую
растягивающие напряжения величиной 0 ,95ат , где о т - предел текучести
материала. Снижение уровня растягивающих напряжений после пропуска
ния ИЭТ характеризует их релаксацию. Степень релаксации напряжений 5
определяли из соотношения 5 = (£ о — £ f ) / £ о = £ р / £ о (£ р - пластическая
составляющая деформации) с учетом данных тензометрических измерений
упругой деформации динамометра £ о непосредственно после механичес
кого нагружения стержня и деформации £ ̂ после пропускания ИЭТ и
охлаждения его до исходной температуры.
Через образцы первой серии пропускали ИЭТ, амплитуда которых изме
нялась в пределах 15...20 кА. При этом длительность импульса не изменя
лась и составляла примерно 300 мкс; образцы нагревали до температуры
550...1000оС. Через образцы второй серии пропускали постоянный ток
величиной 400 А (от сварочного выпрямителя ВСВУ-400) и длительностью
1 .1 ,6 с. Последнюю выбирали такой, чтобы получить тот же уровень
температур, что и в образцах первой серии.
На рис. 3 приведена зависимость релаксации напряжений от темпера
туры нагрева образцов при пропускании ИЭТ. Там же представлены анало
гичные данные, полученные при действии постоянного тока. Видно, что
эффект релаксации растягивающих напряжений наблюдается при темпера
турах нагрева выше 7000С.
Рис. 3. Зависимость степени релаксации напряжений от температуры нагрева образцов: 1 -
импульсный ток; 2 - постоянный ток.
62 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4
Нестационарное напряженно-деформированное состояние
Ранее [10] установлено, что в условиях воздействия сдвиговых напря
жений при аналогичном нагреве до указанных температур происходит прак
тически полная релаксация напряжений. Наблюдаемое различие между ре
зультатами может быть объяснено тем, что повышение температуры на
ДГо = £о / « > 160оС в растянутом стержне вызывает снижение напряжений
до нуля за счет термического расширения в течение начального периода
действия тока (в нашем случае это время ti = 15.. .30 мкс). После нагрева на
ДГо и выше продольное напряжение сохраняется на уровне, близком к
нулевому. Таким образом, при нагреве до Г > ДГо релаксация напряжений
вследствие пропускания ПЭТ возможна только в начальный период действия
тока, когда материал еще не разогрелся и существуют растягивающие напря
жения.
По данным рис. 3 эффект релаксации напряжений проявляется только
при повышенной плотности импульсного тока. Пропускание постоянного
тока длительностью, обеспечивающей нагрев до той же температуры, что и
при использовании ПЭТ, не вызывает релаксации напряжений в исследо
ванном диапазоне температур. Сопоставление полученных результатов при
действии постоянного тока и ПЭТ свидетельствует, что различие в релак
сации напряжений не связано с влиянием температуры. Наблюдаемое уси
ление эффектов релаксации при повышении плотности импульсного тока,
полученное в экспериментах, может быть обусловлено непосредственным
(не тепловым) действием тока.
Отметим, что наличие в стержне высоких напряжений продольного
сжатия при пропускании ПЭТ, вызванных его импульсным термическим
расширением, приводит к потере продольной устойчивости, что соответст
вует данным работы [11]. Потеря устойчивости проявляется в локальном
искривлении оси стержня вблизи центральной части (рис. 1,6). При много
кратном действии ПЭТ возникают дополнительные участки потери устой
чивости, расположенные по длине стержня.
Результаты численного моделирования и их анализ. Схема конечно
элементного моделирования. Для оценки влияния величины и длительности
повышения температуры на нестационарное НДС в стержне были выпол
нены расчеты с использованием МКЭ.
Принимая НДС в стержне осесимметричным, расчеты проводили с
помощью конечноэлементной модели в виде одной четверти цилиндричес
кого стержня (Б = 0,8 мм, Ь = 300 мм) половинной длины. Нагрузка -
мгновенное (линейное) однородное повышение температуры в объеме стерж
ня на ДГ = 5000С. Граничные условия: нулевое продольное перемещение в
сечении стержня, соответствующем середине его длины. Поскольку харак
терное время охлаждения на воздухе, определенное по диаграмме темпе
ратура - время (приблизительно 60 с), на несколько порядков выше длитель
ности воздействия импульсных токов, используемых при испытаниях, при
численном моделировании теплоотвод с наружной поверхности стержня не
учитывался, а температура нагрева определялась только тепловым дейст
вием тока. Начальные условия: нулевые перемещения; напряжения и нуле
вая температура.
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, N2 4 63
Г. В. Степанов, Л. И. Бабуцкий, И. Л. Мамеев
Результаты. Расчеты проводили для упругого стержня с постоянными
термомеханическими характеристиками, соответствующими характеристи
кам стали: модуль Юнга Е = 200 ГПа; коэффициент Пуассона V = 0,3; коэф
фициент линейного расширения а = 1,25-10_ ( °С)_ . При выполнении рас
четов пренебрегали зависимостью данных характеристик от температуры.
При мгновенном повышении температуры в стержне возникает состоя
ние объемного сжатия, за которым следует снижение давления в результате
распространения продольных и радиальных волн разгрузки, инициируемых
соответственно от свободных от нагрузки торцов и наружной цилиндричес
кой поверхности стержня. Наложение этих волн определяет нестационарное
НДС в стержне. Согласно результатам численных расчетов период продоль
ных и радиальных колебаний стержня при пропускании ПЭТ соответствует
периоду его колебаний с собственной частотой, Яь = 2Ь/с0 и Як = 2 0 / с 0
(с0 - скорость упругих волн). Уровень максимальных продольных напряже
ний растяжения-сжатия в центре стержня резко снижается с увеличением
длительности нарастания температуры (рис. 4-6). Уменьшение длины стерж
ня Ь также вызывает снижение амплитуды циклического изменения про
дольного напряжения (рис. 6).
<7х, МПа
1000
О
О,
-1000
-2000
Рис. 4. Пзменение осевого напряжения а 2 во времени в центре стержня при ступенчатом (1)
и линейном за время 0,1 мс (2) повышении температуры.
Напряжение сжатия, действующее непосредственно после мгновенного
повышения температуры на ДГ, соответствует тепловой составляющей
давления в металле:
Р Тт = 3Д Г аК ,
где К - модуль объемного сжатия. Величина давления зависит от повыше
ния температуры, коэффициента линейного расширения и упругих свойств
металла и характеризует возможный уровень термонапряжений в начальный
период времени после мгновенного роста температуры.
В соответствии с вышеприведенным уравнением для стального стержня
Тпри ДГ = 500°С расчетный уровень максимального давления р т х ~ 3,0 ГПа.
Однако в результате разгрузки в радиальном направлении напряжение сохра-
тняется только в продольном направлении, а 2 = ДГаЕ « 1,2 ГПа, что соответ
ствует данным численного моделирования (рис. 4).
64 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, N2 4
Нестационарное напряженно-деформированное состояние
ог, МПа
о
-4 0 0
-8 0 0
-1200
3
0 0,
-------’ 2
}5—----1 ——-Ц У г,
11
Рис. 5. Распределение осевого напряжения о2 вдоль оси стержня от центра к торцу: 1 -
через 18 мкс от начала ступенчатого повышения температуры; 2, 3 - соответственно 30 и
90 мкс от начала линейного повышения температуры.
Рис. 6. Зависимость относительного продольного напряжения в цикле от относительной
длительности повышения температуры.
Пинч-эффект в стальном стержне, вызванный мгновенным нарастанием
тока до I = 2-10 А, приводит к циклическому изменению в нем напря
жений сжатия в радиальном направлении. Анализ результатов численного
моделирования показал, что на оси стержня амплитуда колебаний напря
жений о аК в радиальном направлении относительно среднего уровня на
пряжений сжатия о т приблизительно равна 17 МПа (по результатам рас
четов напряжения о т = —о аК). При этом период колебаний Як ~ 0,2 мкс
соответствует периоду радиальных колебаний стержня с собственной часто
той. Амплитуда колебаний напряжений о аК наибольшая при мгновенном
( t i = 0) нарастании тока, с увеличением длительности нарастания тока t i до
максимума она снижается (при t i > 2Я к колебания напряжений незначи
тельны). С удалением от оси стержня уровень напряжений в радиальном
направлении уменьшается.
Учитывая низкий уровень обусловленных пинч-эффектом напряжений
по сравнению с уровнем продольных напряжений, их влиянием на НДС в
стержне при воздействии ИЭТ можно пренебречь.
Сопоставление результатов численного моделирования с эксперимен
тальными данными показало, что, несмотря на наличие начального про
дольного напряжения упругого растяжения в стержне, наложение термо
напряжений вследствие пропускания импульсного тока вызывает значитель
ный уровень напряжений сжатия в его центральной части. Это приводит к
0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4 65
Г. В. Степанов, Л. И. Бабуцкий, И. Л. Мамеев
потере продольной устойчивости, наблюдаемой экспериментально (рис. 1,б).
Отметим, что указанные напряжения сжатия действуют до момента их
снижения продольной волной упругой разгрузки, распространяющейся от
торцов стержня. Поскольку интенсивность волны разгрузки зависит от
жесткости захватов и их инерционности, реальное изменение напряжений,
вызванное этой волной, может существенно отличаться от случая свобод
ного торца. Естественно, что после потери устойчивости стержня происхо
дит падение уровня продольных термонапряжений сжатия.
Таким образом, при пропускании ИЭТ через металлический стержень
кроме известных эффектов возникает нестационарное НДС, влияние кото
рого следует учитывать при анализе результатов экспериментальных иссле
дований, прочностных расчетах элементов электротехнического оборудова
ния и разработке технологий металлообработки, основанных на использо
вании ИЭТ.
Заключение. Быстрый нагрев длинного стержня под воздействием ИЭТ
и распространение от его торцов волн упругой разгрузки приводят к цикли
ческому изменению продольных напряжений. Максимальная амплитуда
циклических напряжений растяжения-сжатия определяется длительностью
фронта (время нарастания) и амплитудой ИЭТ, а частота их изменения
соответствует собственной частоте продольных колебаний стержня.
Высокий уровень напряжений сжатия в центральной части стержня при
воздействии ИЭТ является причиной локальной потери продольной устой
чивости, зарегистрированной в экспериментах.
Импульсный электрический ток высокой плотности вызывает снижение
уровня начальных растягивающих напряжений в стержне, предварительно
нагруженном статической растягивающей нагрузкой. Постоянный ток низ
кой плотности, действующий с длительностью, обеспечивающей нагрев до
тех же температур, которые достигаются при пропускании ИЭТ, не влияет
на уровень начальных напряжений. Это свидетельствует о развитии процес
сов релаксации, не связанных с тепловым эффектом действия тока.
Наблюдаемый экспериментально процесс релаксации напряжений явля
ется результатом совместного действия электрического тока (электропласти-
ческий эффект) и нестационарного НДС.
Для отдельной оценки эффектов, вызванных волнами упругих напряже
ний в стержне, нагревом и другими эффектами при пропускании ИЭТ,
необходимы дополнительные исследования.
Исследования выполнены при поддержке European Research Office of
the US Army по контракту № N62558-03-M-0809.
Р е з ю м е
Представлено результати експериментального та чисельного дослідження
нестаціонарного напружено-деформованого стану в тонкому сталевому
стрижні (відрізок дроту), який було попередньо розтягнуто статичним наван
таженням до напружень, нижчих за границю текучості, при пропусканні
імпульсу електричного струму високої густини. Дія імпульсу електричного
струму призводить до осциляції осьових напружень із періодом, що відпо-
66 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2004, № 4
Нестационарное напряженно-деформированное состояние
відає періоду власних поздовжніх коливань стрижня. Рівень максимальних
стискальних і розтяжних напружень визначається тривалістю фронту й
амплітудою імпульсу струму. Високий рівень указаних напружень у цент
ральній частині стрижня зумовлює локальну втрату поздовжньої стійкості.
Результати чисельного моделювання напружено-деформованого стану в
стрижні при його нагріванні в результаті дії імпульсу електричного струму
відповідають ефектам, які спостерігаються експериментально. Зниження
після дії струму рівня попередніх розтяжних напружень від прикладеного
статичного навантаження свідчить про розвиток процесів релаксації, які
пов’язані не тільки з нагріванням. Для окремої оцінки ефектів, що зумовлені
хвилями пружних напружень у стрижні, нагріванням та безпосередньою
дією електричного струму, необхідні додаткові дослідження.
1. Троицкий О. А. Электромеханический эффект в металлах // Письма в
журн. экспер. и теорет. физики. - 1969. - № 10. - С. 1 8 - 2 2 .
2. Троицкий О. А., Розно А. Г. Электропластическая деформация металла //
Физика твердого тела. - 1970. - 12, № 1. - С. 203 - 210.
3. Спицын В. И., Троицкий О. А. Электропластическая деформация метал
лов. - М.: Наука, 1985. - 160 с.
4. Беклемишев Н. Н., Корягин Н. И., Шапиро Г. С. Влияние локального
неоднородного импульсного электромагнитного поля на пластичность
и прочность проводящих материалов // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. -
1981. - № 4. - С. 184 - 187.
5. Беклемишев Н. Н., Корягин Н. И., Шапиро Г. С. О процессе пласти
ческой деформации в импульсном электромагнитном поле некоторых
проводящих материалов // Там же. - 1985. - № 1. - С. 159 - 161.
6. Беклемишев Н. Н ., Корягин Н. И., Шапиро Г. С. Влияние импульса тока
на ресурс пластичности проводящих материалов // Там же. Сер. Техн.
науки. - 1985. - 38, № 4. - С. 25 - 28.
7. Климов К. М., Новиков И. И. К вопросу об “электроннопластическом
эффекте” // Пробл. прочности. - 1984. - № 2. - С. 98 - 103.
8. Троицкий О. А. Пластическая деформация металла, вызванная пинч-
эффектом // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. - 1977. - № 6. - С. 118 -
122.
9. Троицкий О. А. Соотношение теплового, пондеромоторного и электронно
пластического эффектов в цинке // Докл. АН СССР. - 1980. - 251, № 2.
- С. 400 - 403.
10. Степанов Г. В., Бабуцкий А. И. Релаксация напряжений в стали при
пропускании тока большой плотности // Пробл. прочности. - 1993. -
№ 9. - С. 89 - 91.
11. Абрамова К. Б., Златин Н. А., Перегуд Б. П. Магнитогидродинами
ческие неустойчивости жидких и твердых проводников. Разрушение
проводников электрическим током // Журн. экспер. и теорет. физики. -
1975. - 69, № 6 (12). - С. 2007 - 2022.
Поступила после доработки 13. 04. 2004
0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 4 67
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-47100 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:56:16Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Степанов, Г.В. Бабуцкий, А.И. Мамеев, И.А. 2013-07-09T18:16:00Z 2013-07-09T18:16:00Z 2004 Нестационарное напряженно-деформированное состояние в
 длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока
 высокой плотности / Г.В. Степанов, А.И. Бабуцкий, И.А. Мамеев // Проблемы прочности. — 2004. — № 4. — С. 60-67. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47100 539.3 Представлены результаты экспериментального и численного исследования нестационарного
 напряженно-деформированного состояния в тонком стальном стержне (отрезок
 проволоки), предварительно растянутом статической нагрузкой до напряжений ниже
 предела текучести, при пропускании импульса электрического тока высокой плотности.
 Воздействие импульса электрического тока приводит к осцилляции осевых напряжений с
 периодом, соответствующим периоду собственных продольных колебаний стержня. Уровень
 максимальных сжимающих и растягивающих напряжений определяется длительностью
 фронта и амплитудой импульса тока. Высокий уровень указанных напряжений в центральной
 части стержня вызывает локальную потерю продольной устойчивости. Результаты
 численного моделирования напряженно-деформированного состояния в стержне при его
 нагреве в результате воздействия импульса электрического тока соответствуют экспериментально
 наблюдаемым эффектам. Снижение после воздействия тока уровня растягивающих
 напряжений от приложенной статической нагрузки свидетельствует о развитии
 процессов релаксации, связанных не только с нагревом. Для отдельной оценки эффектов,
 обусловленных волнами упругих напряжений в стержне, нагревом и непосредственным
 действием электрического тока, необходимы дополнительные исследования. Представлено результати експериментального та чисельного дослідження
 нестаціонарного напружено-деформованого стану в тонкому сталевому
 стрижні (відрізок дроту), який було попередньо розтягнуто статичним навантаженням
 до напружень, нижчих за границю текучості, при пропусканні
 імпульсу електричного струму високої густини. Дія імпульсу електричного
 струму призводить до осциляції осьових напружень із періодом, що відповідає періоду власних поздовжніх коливань стрижня. Рівень максимальних
 стискальних і розтяжних напружень визначається тривалістю фронту й
 амплітудою імпульсу струму. Високий рівень указаних напружень у центральній
 частині стрижня зумовлює локальну втрату поздовжньої стійкості.
 Результати чисельного моделювання напружено-деформованого стану в
 стрижні при його нагріванні в результаті дії імпульсу електричного струму
 відповідають ефектам, які спостерігаються експериментально. Зниження
 після дії струму рівня попередніх розтяжних напружень від прикладеного
 статичного навантаження свідчить про розвиток процесів релаксації, які
 пов’язані не тільки з нагріванням. Для окремої оцінки ефектів, що зумовлені
 хвилями пружних напружень у стрижні, нагріванням та безпосередньою
 дією електричного струму, необхідні додаткові дослідження. We discuss the results of experimental and numerical
 studies of nonstationary stress-strain
 state of a thin steel rod (steel wire portion) preliminarily
 stressed by a static tensile load below
 the yield stress and then exposed to action
 of high-density electric pulse. The latter induces
 oscillations of axial stresses with oscillation
 period corresponding to that of the rod
 natural longitudinal vibrations. The levels of
 maximal compressive and tensile stresses are
 controlled by the stress front duration and electric
 pulse amplitude. High level of the above
 stresses in the rod central portion results in the
 local loss of longitudinal stability. The results
 of numerical modeling of stress-strain state of a
 rod exposed to heating by electric pulse show
 satisfactory agreement with the experimentally
 observed effects. Reduction of the initial tensile
 stresses induced by the preliminary static load
 as a result of electric pulse action indicates the
 development of relaxation process, which cannot
 be attributed only to heating. Additional
 studies are required for a separate assessment
 of effects caused by elastic stress waves in a
 rod, by heating and direct action of the electric
 pulse. Исследования выполнены при поддержке European Research Office of the US Army по контракту № N62558-03-M-0809. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности Nonstationary Stress-Strain State of a Long Rod Induced by a High-Density Electric Pulse Article published earlier |
| spellingShingle | Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности Степанов, Г.В. Бабуцкий, А.И. Мамеев, И.А. Научно-технический раздел |
| title | Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности |
| title_alt | Nonstationary Stress-Strain State of a Long Rod Induced by a High-Density Electric Pulse |
| title_full | Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности |
| title_fullStr | Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности |
| title_full_unstemmed | Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности |
| title_short | Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности |
| title_sort | нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47100 |
| work_keys_str_mv | AT stepanovgv nestacionarnoenaprâžennodeformirovannoesostoânievdlinnomsteržnevyzvannoeimpulʹsomélektričeskogotokavysokoiplotnosti AT babuckiiai nestacionarnoenaprâžennodeformirovannoesostoânievdlinnomsteržnevyzvannoeimpulʹsomélektričeskogotokavysokoiplotnosti AT mameevia nestacionarnoenaprâžennodeformirovannoesostoânievdlinnomsteržnevyzvannoeimpulʹsomélektričeskogotokavysokoiplotnosti AT stepanovgv nonstationarystressstrainstateofalongrodinducedbyahighdensityelectricpulse AT babuckiiai nonstationarystressstrainstateofalongrodinducedbyahighdensityelectricpulse AT mameevia nonstationarystressstrainstateofalongrodinducedbyahighdensityelectricpulse |