Оценка динамической составляющей напряжения в материале при мелкоступенчатом нагружении образца на растяжение

Савельев А.Н., Макаров А.В., Анисимов Д.О.

Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк

Ключевые слова: мелкоступенчатое нагружение, растяжение образца, волновая нагрузка, разрывная установка, математическая модель волнового процесса, управление эмиссионным процессом.

Аннотация. Для получения синергетического эмиссионного сигнала на основе дислокаций необходимо обеспечить с одной стороны процесс накачки в дислокационные структуры металла энергии, а с другой – совместный выход этой энергии в виде акустической эмиссии. Это может быть достигнуто путем ступенчатого нагружения металлического образца. При таком нагружении одна группа дислокаций заряжается энергией, а другая, достигнув энергетического порога, выходит на поверхность кристаллической структуры металла и излучает акустический сигнал. Дислокации, получившие потенциальную энергию на предшествующей ступени нагружения данного образца, реализуют эту энергию на последующем шаге в виде синергетической эмиссии. В результате формируется синхронная в силу этого, мощная периодическая акустическая волна, характеризующая напряженно-деформационное состояние кристаллов металла. Синхронность эмиссионного излучения обеспечивает другая волна – деформационная, формируемая в процессе растяжения образца и распространяющаяся вдоль этого образца. Для оценки волновой части этого процесса разработана математическая модель и создано программное обеспечение, позволяющее оценить при мелкоступенчатом нагружении параметры волновой нагрузки в среднем сечении образца. Используя программу, в работе проведен численный эксперимент. Данный эксперимент показал, что путем варьирования ряда факторов можно менять величину волновой нагрузки в образце больше, чем на два порядка. Такой диапазон регулирования напряжений в продольной волне дает возможность обеспечить необходимый волновой процесс при реализации синергетически организованной акустической эмиссии.

Evaluation of the dynamic component of the stress in the material under small-step loading of the specimen in tension

Saveliev A.N., Makarov A.V., Anisimov D.O.

Siberian State Industrial University, Novokuznetsk

Keywords: small-step loading, sample tension, wave loading, discontinuous installation, mathematical model of the wave process, control of the emission process.

Abstract. To obtain a synergistic emission signal based on dislocations, it is necessary to ensure, on the one hand, the process of pumping energy into the dislocation structures of the metal, and, on the other hand, the joint output of this energy in the form of acoustic emission. This can be achieved by stepwise loading of a metal sample. Under such loading, one group of dislocations is charged with energy, and the other, having reached the energy threshold, comes to the surface of the metal crystal structure and emits an acoustic signal. The dislocations that have received potential energy at the previous stage of loading of the given sample realize this energy at the next step in the form of synergistic emission. As a result, a synchronous, therefore, powerful periodic acoustic wave is formed, which characterizes the stress-strain state of metal crystals. The synchronism of the emission radiation is provided by another wave, a deformation wave, which is formed in the process of sample stretching and propagates along this sample. To evaluate the wave part of this process, a mathematical model has been developed and software has been created that makes it possible to estimate the parameters of the wave load in the middle section of the sample under small-step loading. Using the program in the work, a numerical experiment was carried out. This experiment showed that by varying a number of factors, it is possible to change the magnitude of the wave load in the sample by more than two orders of magnitude. Such a range of voltage regulation in a longitudinal wave makes it possible to provide the necessary wave process in the implementation of synergistically organized acoustic emission.