Вибрации проводников при пропускании импульсного электрического тока и неразрушающий контроль
Авторы: Троицкий О.А., Сташенко В.И., Скворцов О.Б.
Опубликовано в выпуске: #3(75)/2018
DOI: 10.18698/2308-6033-2018-3-1741
Раздел: Металлургия и материаловедение | Рубрика: Материаловедение в машиностроении
Рассмотрены особенности пропускания импульсного электрического тока через проводник, которое сопровождается возникновением вибрации проводника, что можно использовать для контроля отсутствия повреждений проводника и элементов его крепления. При пропускании импульсный электрический ток создает собственное магнитное поле, с которым вступает во взаимодействие, вызывая вибрацию и деформацию проводника, что приводит к формированию затухающих вибрационных процессов. Экспериментально исследованы вибрационные и магнитодинамические процессы в образцах из меди, золота, серебра, латуни, стали и титана. Показано, что формирование виброакустических процессов привязано к моментам начала и окончания пропускания импульсного электрического тока. Вследствие анализа экспериментальных результатов выявлена близкая к линейной зависимость размаха вибрационных колебаний от силы или плотности тока. Установлено, что зависимость размаха вибрационных колебаний от длительности импульса электрического тока свидетельствует о наличии подъема в области относительно малой его длительности, соответствующего сложению противофазных колебаний, которые формируются на переднем и заднем фронтах импульса электрического тока. Приведены результаты исследования вибрационного отклика на пропускание импульсного электрического тока для различных материалов и параметров импульса. Изучены возможности таких вибраций и связанных с ними деформационных процессов за счет управления параметрами импульсного электрического тока. Полученные результаты могут быть использованы в устройствах электропластической обработки металлов и при построении средств неразрушающего контроля элементов мощного электрооборудования.
Литература
[1] Троицкий О.А., Баранов Ю.В., Аврамов Ю.С., Шляпин А.Д. Физические основы и технологии обработки современных материалов (теория, технология, структура и свойства). В 2 т. Москва, Ижевск, Институт компьютерных исследований, 2004, 590 с.
[2] Троицкий О.А. Пластическая деформация металла, вызванная пинч-эффектом. Известия АН СССР. Сер. физическая, 1977, № 6 , с. 118–122.
[3] Троицкий О.А. Электромеханический эффект в металлах. Письма в ЖЭТФ, 1969, т. 10, № 7, с. 18–22.
[4] Троицкий О.А., Сташенко В.И., Правоторова Е.А., Скворцов О.Б. Динамическое возбуждение колебаний в металлических проводниках при пропускании импульсных токов. Современные тенденции развития науки и технологий, 2017, № 1–1, c. 137–139.
[5] Троицкий О.А., Сташенко В.И., Скворцов О.Б. Влияние вибраций от пинч-эффекта импульсного тока на пластическую деформацию. Actual science, 2016, т. 2, № 2, с. 50–52.
[6] Троицкий О.А., Сташенко В.И., Скворцов О.Б. Влияние материала образцов, длительности импульсов и амплитуды тока на величину собственного магнитного поля тока и вибрацию круглых образцов от пинч-действия тока. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 2016, № 3 (317), с. 187–194.
[7] Скворцов О.Б. Контроль вибрации с применением аппаратуры National Instruments. Сб. тр. XII Междунар. науч.-практ. конф. «Инженерные и научные приложения на базе технологий National Instruments–2013». XII ежегодная конференция компании National Instruments (NIDAYS, Москва, 28–29 ноября 2013 г.). Москва, ДМКпресс, 2013, с. 78–80.
[8] Савенко В.С., Троицкий О.А., Скворцов О.Б. К расчету плотности тока и напряженности магнитного поля в условиях электропластичности. Сб. матер. XII Всерос. семинара-совещания «Инженерно-физические проблемы новой техники». Москва, НУК ИУ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016, с. 274–276.
[9] Савенко В.С., Троицкий О.А., Скворцов О.Б. Влияние электропластичности на микроструктуру стали при статической нагрузке. Физико-технические науки и образование: проблемы и перспективы исследований. Мозырь, УО МГПУ им. И.П. Шамякина, 2016, с. 128–131.
[10] Троицкий О.А., Сташенко В.И., Левин И.С., Хрущов М.М., Савенко В.С., Скворцов О.Б. Исследования действия импульсного тока и СВЧ-излучения на механические свойства и фазовый состав нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Науч. тр. IV Междунар. конф. «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении». Москва, Спектр, 2015, с. 254 –256.
[11] Правоторова Е.А., Скворцов О.Б. Оценка статистических характеристик механического действия импульсного тока на модели элементов мощного электрооборудования. Динамика и прочность конструкций аэроупругих систем. Численные методы: тр. третьей науч.-техн. конф., 21–23 октября 2015 г.: сб. тезисов докл. Российская академия наук, Российский фонд фундамент. исследований, Ин-т машиноведения им. А.А. Благонравова [ред. совет конф. С.М. Каплунов и др.]. Москва, РИФ «Семир». 2015, 56 с.
[12] Правоторова Е.А., Скворцов О.Б. Моделирование виброиспытаний элементов обмоток мощного электрооборудования. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2015, № 5, с. 103–110.
[13] Troitskiy O.A., Skvortsov O.B., Stashenko V.I. Generation of mechanical vibrations in metal samples by the use of the pinch effect. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017, vol. 218, pp. 1–6.
[14] Троицкий О.А., Сташенко В.И., Скворцов О.Б., Правоторова Е.А. Измерение магнитного поля и вибраций, созданных им в проводниках за счет пинч-эффекта. Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки, 2016, т. 21, № 3, с. 1361–1363.
[15] Potapova A.A., Stolyarov V.V. Deformability and structural features of shape memory tini alloys processed by rolling with current. Materials science and engineering: A, 2013, vol. 579, pp. 114–117.
[16] Батаронов И.Л. Механизмы электропластичности. Соросовский образовательный журнал, 1999, № 10, с. 94–99.
[17] Сазонов Ю.И. Электромагнитно-акустические эффекты в конденсированных средах и физические методы их использования. Сб. тр. Научной конф., посвященной памяти ученых-акустиков ФГУП «Крыловский государственный научный центр» А.В. Смольякова и В.И. Попкова. Сессия научного совета РАН по акустике и XXVII сессия Российского акустического общества, Санкт-Петербург, 16–18 апреля 2014 г. Санкт-Петербург, РАО, 2014, 17 с.
[18] Lukyanov A., Molokov S. Flexural vibrations induced in thin metal wires carrying high currents. Journal of Physics D: Applied Physics, 2001, no. 34 (10), pp. 1543–1552.
[19] Surkaev L. Magnetohydrodynamic perturbations arising in metallic conductors under the action of the discharge current. Technical Physics, 2015, vol. 60, no. 7, pp. 981–993.
[20] Skal A.S. The full Lorentz force formula responsible for turbulence in solids and fluids and explained Faraday’s paradox. International Journal of Scientific & Engineering Research, 2013, vol. 4, issue 2, pp. 10–14.
[21] Сташенко В.И., Троицкий О.А., Правоторова Е.А., Скворцов О.Б. Управление параметрами механических колебаний, генерируемых пропусканием импульсного тока через металл. Состояние и проблемы измерений. Сб. матер. XIV Всерос. науч.-техн. конф. Москва, 18–20 апреля 2017. Москва, НУК ИУ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017, с. 98–101.
[22] Троицкий О.А., Сташенко В.И., Скворцов О.Б., Правоторова Е.А. Генерирование ударных колебательных процессов в металлических проводниках при пропускании импульсного тока. Сб. тр. конф. Междунар. науч.-техн. конф. «Информатика и технологии. Инновационные технологии в промышленности и информатике» («МНТК ФТИ–2017»). Москва, 6–7 апреля 2017 г. Москва, МИРЭА, 2017, вып. 23 (XXIII), с. 443–445.