Магнитные методы оценки упругих напряжений в ферромагнитных сталях

Напряженно-деформированное состояние конструкций является одной из важнейших характеристик, определяющих возможность их надежной эксплуатации. Металлические конструкции и детали машин в процессе эксплуатации подвергаются действию переменных во времени механических нагрузок, которые могут стать причиной усталостных изменений структуры металла и накопления микродефектов, а, следовательно, образования макродефектов, зарождения трещин и разрушения изделия. Все это может привести не только к материальным потерям, но и в определенных ситуациях к негативному влиянию на окружающую среду и гибели людей. Зная о действующих напряжениях можно принять превентивные меры: усилить опасный участок, либо снять напряжения, внеся изменения в элементы действующей конструкции. Наряду с рентгеновскими и акустическими методами, в последние годы большой интерес проявляется к магнитным методам контроля напряженно-деформированного состояния стальных конструкций, которые основаны на корреляции между магнитными характеристиками и механическими параметрами металлов. Основанием для магнитного контроля напряжений является магнитоупругий эффект - явление обратное магнитострикции, заключается в изменении магнитного состояния, в частности, намагниченности, ферромагнетика под действием деформаций. В области протекания процессов смещения доменных границ магнитоупругий эффект объясняют тем, что под действием механических напряжений возрастает объем тех магнитных доменов, энергия которых понижается под действием напряжений. В области вращения эффект обусловлен изменением ориентации вектора намагниченности при наложении напряжений. На величину магнитоупругого эффекта влияет большое число факторов, поэтому на данный момент задача оценки напряженно-деформированного состояния по магнитным параметрам решена только для некоторых частных случаев. Таким образом, исследования в данном направлении остаются актуальными и продолжаются усилиями многих ученых. В предлагаемом обзоре будет описано текущее состояние проблемы, рассмотрены экспериментальные и теоретические работы последних лет, выполненные российскими и зарубежными исследователями, в том числе будут обобщены результаты, полученные авторами данного проекта. Материалами в этих исследованиях выступают ферромагнитные конструкционные стали, широко используемые в машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности. В большинстве работ при рассмотрении возможностей оценки напряжений магнитными методами, исследуют только одноосное напряженное состояние. В реальных условиях, как правило, элементы конструкций подвержены более сложным воздействиям, поэтому в предлагаемом обзоре будет сделан особый акцент на исследованиях взаимосвязи магнитных характеристик с механическими напряжениями в двухосном и сложнонапряженном состоянии. С другой стороны, для практических задач зачастую не требуется знать все компоненты тензора напряжений в каждой точке контролируемого объекта. Напряженно-деформированное состояние можно характеризовать несколькими инвариантными величинами. Для практических задач интерес представляют работы по определению связи между инвариантными характеристиками напряженного состояния контролируемого объекта и магнитными параметрами конструкционных сталей.