Джамшед Наимджонович Шерматов, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологические машины и оборудование»
450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1
Scopus ID: 58073438400
Dzhamshеd N. Shermatov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Technological Machines and Equipment
1, Kosmonavtov St., Ufa, 450064
Scopus ID: 58073438400
Александр Олегович Борисов, аспирант кафедры «Технологические машины и оборудование»
450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1
ResearcherIDNVM-5431-2025
Alexander O. Borisov, Postgraduate Student of the Department of Technological Machines and Equipment
1, Kosmonavtov St., Ufa, 450064
ResearcherIDNVM-5431-2025
Гафарова Виктория Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологические машины и оборудование»
450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1
Scopus ID: 57151391500
ResearcherIDC-9969-2017
Victoria A. Gafarova, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Technological Machines and Equipment
1, Kosmonavtov St., Ufa, 450064
Scopus ID: 57151391500
ResearcherIDC-9969-2017
Кузеев Искандер Рустемович, доктор технических наук, профессор кафедры «Технологические машины и оборудование»
450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1
Iskander R. Kuzeev, Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of Technological Machines and Equipment
1, Kosmonavtov St., Ufa, 450064
Введение. Усталостное разрушение является одной из основных причин выхода из строя металлоконструкций, работающих под воздействием переменных нагрузок. На ранних стадиях такие повреждения не сопровождаются видимыми трещинами, однако приводят к накоплению микродефектов и перераспределению внутренних напряжений. Проследить за развитием таких дефектов в конструкциях с большой протяженностью и необходимостью контроля большой площади поверхности в настоящее время не представляется возможным. Для своевременного выявления этих процессов необходимы высокочувствительные методы контроля, которые способны на ранних стадиях функционирования конструкции определить с высокой долей вероятности возможное место разрушения. Такие методы не развиты, и представленные исследования в определенной степени могут решить эту проблему. Одним из перспективных направлений является регистрация изменений напряжённости постоянного магнитного поля, отражающих эволюцию состояния материала. Цель настоящей работы — исследовать возможности пространственного анализа магнитного отклика для локализации зон нестабильности в процессе усталостного нагружения, в которых высока вероятность разрушения, и одновременно проанализировать изменения структуры стали.
Материалы и методы. Объектом исследования являлись образцы из стали 09Г2С, подвергнутые нагружению до разрушения на сервогидравлической испытательной машине INSTRON-8801. Магнитные измерения проводились в 12 точках вдоль образца с использованием прибора ИКН-2М-8. Фиксировались изменения результирующей напряжённости постоянного магнитного поля на различных стадиях усталостного нагружения. Все измерения повторялись не менее трёх раз для повышения достоверности результатов.
Результаты исследования. Установлено, что на стадии относительной наработки Ni/Np = 0,4–0,5 в отдельных точках регистрировались аномальные изменения напряжённости магнитного поля, соответствующие зоне зарождения очага разрушения. Кроме того, зафиксирован характерный участок стабилизации сигнала в диапазоне Ni/Np = 0,8–0,9, что может быть связано с временной релаксацией напряжений перед разрушением. Полученные данные демонстрируют локальную вариативность магнитного отклика и подтверждают чувствительность метода к ранним стадиям деградации материала.
Обсуждение. Проведённое исследование показало, что пространственный анализ изменения напряжённости постоянного магнитного поля может быть использован для локализации очагов разрушения в ферромагнитных сталях. Представляется возможным полученный массив данных положить в основу обучающих выборок для интеллектуальных систем мониторинга, включая нейросетевые алгоритмы, ориентированные на прогнозирование остаточного ресурса и автоматическую оценку технического состояния конструкций. Особенно это важно для сварных конструкций с большой протяженностью сварных швов.
Заключение. Введение в систему энергии неизбежно приводит к реорганизации структуры конструкционного материала с целью приспособления к внешнему воздействию. Реорганизация сопровождается изменением собственного магнитного поля материала. Фиксация таких изменений позволяет интерпретировать результаты измерений с позиции возможного разрушения, поскольку наиболее эффективным способом реализации поступившей в систему энергии является образование новой поверхности, то есть образование трещины.
Introduction. Fatigue failure is one of the main causes of failure of metal structures subjected to variable loads. Initially, this damage is not visible as cracks, but it leads to the accumulation of microdefects and the redistribution of internal stresses. Currently, it is not possible to monitor the progression of these defects in large structures with a significant surface area. To detect such processes in a timely manner, highly sensitive inspection methods are required that can identify potential areas of failure with a high degree of accuracy during the early stages of structural operation. Such methods do not currently exist, and our research aims to solve this problem to a certain extent. One promising approach is the monitoring of changes in the strength of a permanent magnetic field, which reflects the evolution of material state. The current study aims to investigate the potential of spatial analysis of magnetic response to identify instability zones during fatigue loading, where the likelihood of failure is high, as well as to analyze changes in steel structure.
Materials and Methods. The study focused on samples made of 09G2S steel, subjected to loading to fracture on a servohydraulic testing machine INSTRON-8801. Magnetic measurements were taken at 12 points along the sample using an IKN-2M-8 instrument. Changes in the resulting strength of the permanent magnetic field were recorded at different stages of fatigue loading. All measurements were repeated at least three times to ensure the reliability of the results.
Results. It has been found, that at the stage of relative operating time Ni/Np = 0.4–0.5, anomalous changes in the magnetic field strength corresponding to the fracture nucleus were recorded at certain points. Additionally, a characteristic area of signal stabilization was observed in the range Ni/Np = 0.8–0.9. This could be explained by the temporary relaxation of stresses prior to destruction. The obtained data demonstrate the local variability of the magnetic response and confirm the sensitivity of this method to the early stages of material degradation.
Discussion. The conducted research has shown that spatial analysis of changes in the strength of a permanent magnetic field can be used to locate fracture nuclei in ferromagnetic steels. This dataset can be used as a basis for training samples for intelligent monitoring systems, including neural network algorithms that focus on predicting the remaining life and automatically assessing the technical condition of structures. This is particularly important for welded structures with a high number of welds.
Conclusion. The introduction of energy into a system inevitably leads to a reorganization of the structure of the material in order to adapt to external forces. This reorganization is accompanied by a change in the material's magnetic field. By recording these changes, it is possible to interpret the measurement results in terms of possible destruction, as the most efficient way for the system to utilize the supplied energy is through the formation of new surfaces, or cracks.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.