Эффект обратной магнитострикции в трубной стали при двухосном механоциклировании Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Использование при этом новых литейных сплавов позволяет создавать удивительные по эффективности и комплексу воздействия ортодонтические аппараты и зубные протезы [8].

Конструкции из никелида титана нашли широкое применение при реставрации твердых тканей зубов путем использования каркасов, вкладок, а также в па-родонтологии особенно в качестве шинирующих устройств.

ИСПРАВЛЕНИЕ ЗУБНОГО РЯДА

Рис. 2. Исправление прикуса при помощи брекетов, изготовленных из МПФ

В отдельных клинических наблюдениях сроки успешного функционирования дентальных имплантатов уже составили 14 лет [9, 10].

Вывод. Удивительный материал с памятью формы постепенно занимает все большее место в нашей жизни. Уже достаточно трудно представить современную стоматологию без композитных материалов на основе МП Доставленные на орбиту в «свернутом» виде солнечные батареи разворачиваются сами на несколько десятков квадратных метров и т. д. Диапазон применения этих материалов увеличивается с каждым днем.

ЛИТЕРАТУРА

1. Van Humbeeck J. Non-medical applications of shape memory alloys // Materials Science and Engineering. 1999. A. 273-275. С. 143-148.

2. Гюнтер В.Э., Ясенчук Ю.Ф., Клопотов А.А., Ходоренко В.Н. Физико-механические свойства и структура сверхпластичных пористых сплавов на основе никелида титана // Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. № 1. С. 71-76.

3. Vaichyanathan R. et al. Shape memory materials // Acta mater. 1999.

V. 47. № 12. P. 3353-3366.

4. Biggs T. et. al. Martensite-type transformations in platinum alloys //

Materials Science and Engineering 1999. A273-275. С. 204-207.

5. Итин В.И., Шевченко Н.А., Коростелева Е.Н., Тухфатуллин А.А., Миргазизов М.З., Гюнтер В.Э. Функциональные композиционные материалы «биокерамика-никелид титана» для медицины // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23. № 8. С. 1-6.

6. Вильямс Д.Ф., Роуф Р. Имплантаты в хирургии: пер. с англ. М., 1978. 552 с.

7. Сысолятин П.Г., Гюнтер В.Э., Сысолятин С.П. Разработка и внедрение высоких технологий на основе сверхэластичных материалов с памятью формы в стоматологии: бюллетень СО РАМНб. 2000. № 2 (96). С. 118-124.

8. Гюнтер В.Э., Сысолятин П.Г., Темерханов Ф.Т., Пушкарев В.П. и др. Сверхэластичные имплантаты с памятью формы в челюстнолицевой хирургии, травматологии, ортопедии и нейрохирургии. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1995. 224 с.

9. Олесова В.Н. // Сверхэластичные медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. Томск, 1998. С. 367-368.

10. Темерханов Ф.Т., Гарафутдинов Д.М., Мухин А.В. // Сверхэла-стичные имплантаты с памятью формы в медицине: материалы докладов междунар. конф. Новосибирск, 1995. С. 205-206.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Boytsova M.V. RECEIPT AND USE OF SHAPE MEMORY MATERIAL

A brief review of the literature on the preparation and use of the SMM in dental and craniofacial surgery is given. The advantages and uniqueness of these alloys are shown.

Key words: materials with shape memory; martensite; implants.

УДК 620.179

ЭФФЕКТ ОБРАТНОЙ МАГНИТОСТРИКЦИИ В ТРУБНОЙ СТАЛИ ПРИ ДВУХОСНОМ МЕХАНОЦИКЛИРОВАНИИ

© И.Н. Андронов, В.В. Мусонов

Ключевые слова: трубопровод; механоциклирование; изменение магнитных параметров.

Исследовано изменение магнитных свойств стального трубопровода при двухосном механоциклировании.

Выполнено исследование изменения составляющих магнитного поля в трех взаимно перпендикулярных направлениях вблизи поверхности трубы с помощью прибора МАГ-01 (изготовитель ОАО «Гипрогазцентр») при циклическом изменении давления в процессе проведения гидравлических испытаний. Установлено, что циклическое изменение внутреннего давления в трубе приводит к обратимому изменению составляющих магнитного поля. Сделано предположение, что обратимое изменение магнитного поля связано с эффектом обратной магнитострикции, инициированным пульса-ционным механоциклированием материала.

Исследования проводили на трубе, выполненной из стали 17Г1С длиной 11,7 мм, диаметром 1200 мм и толщиной стенки 12 мм.

Компоненты напряженности магнитного поля в осевом - Нх, радиальном - Ну и окружном направлении - Н2 измеряли в нескольких точках на разных расстояниях от поверхности металла в соответствии методикой, приведенной в [1]. Измерения проводили при циклическом изменении давления в трубе при значениях давления 0; 2,0; 4,0; 5,5; 6,8 МПа. Всего было осуществлено 40 бароциклов. Чему отвечало двухосное механоциклирование в двух взаимно перпендикуляр-

2061

ных направлениях по кольцевым ак (окружным) от 0 до 340 и продольным апр напряжениям от 0 до 170 МПа. При каждом из указанных значений давления проводили измерения компонент напряженности магнитного поля. Датчики находились на расстояниях 400 мм в радиальном направлении от верхней образующей трубы и 7060 мм от торца.

Типичные зависимости для первых 10 механоциклов представлены на рис. 1. Анализ показывает, что величина ДНу в установившемся цикле достигает 20 А/м, в то время как ДНХ - 2 А/м, а —ДН2 - 1,5 А/м. Что позволяет записать соотношения (1):

А/з — яззз£зз — 085а3

(8)

10;

13.

(1)

Записывая обобщенный закон Гука [2] для заданного напряженного состояния и учитывая реальное значение коэффициента Пуассона (щ = 0,29), находим деформации:

£х = £и = Е [°х - ^ [°к/2 - Щ7К] = ак(0,5 -

- М.) = 0,21 |; (2)

£У = £22 = | [-М(стг + стх)] =- М [^1 = -0,44^; (3)

= Езз = Е[аг - цах] = 5-т(1 - 0,5ц) = 0,85(4)

Предполагается, что измеряемые опытные значения изменений магнитного поля пропорциональны изменению намагниченности и некоторой радиально симметричной функции Дг), где г - расстояние от оси трубы. То есть имеем:

ДНХ = ДН1 = /(г)Д/1 = /(r)a111£11 = = 0,21/(r)aillf; (9)

ДНу = ДЯ2 = /(г)Д/2 = /(r)a222£22 = = -0,44a222 f; (10)

ДН2 = ДН3 = /(г)Д/з = /(r)a222£22 = = 0,85a3 33f. С (11)

Учитывая соотношения (1), выражаем (9)-(11) че-

рез a333 получаем: ДНХ = 0,04/(r)a222 f; (12)

ДНу = -0,44/(r)a222 f; (13)

ДН2у = 0,03/(r)a222 |. (14)

Соотношения (12-14) удовлетворительно описывают величины изменения компонент магнитного поля при механоциклировании по осевым и кольцевым значениям напряжений. В формулах учтено, что наибольшее значение изменение магнитного поля реализуется в направлении оси у. Следует надеяться, что описанный выше метод измерения составляющих магнитного поля в процессе бароциклирования труб позволит ближе подойти к количественной оценке повреждаемости и ресурса прочности металла магистральных трубопроводов при стендовых циклических испытаниях [7].

Рис. 1. Поведение компонент напряженности магнитного поля: (1) - Ну; (2) - Нх; (3) - Нх при циклическом изменении давления в трубе. Циклы 1-10

За счет обратной магнитострикции [3-5] в теле трубы может происходить изменение вектора намагниченности Д/ь которое вызвано действием деформации, задаваемой тензором £у. Связь между вектором, тензором первого ранга и тензором второго ранга может быть представлена [6] в виде (5):

ДЛ _ £]'к (5)

где аі]к - компонента тензора третьего ранга, и в (5) используется правило суммирования по повторяющимся индексам. В развернутом виде формула (1) принимает вид (2). Пренебрегая в (5) недиагональными членами по сравнению с диагональными, получим (6):

ДЛ = а111£п = 0>2іаііі'^; (6)

А/г = й222£22 = _0>44я222 ~; (7)

ЛИТЕРАТУРА

1. Программа и методика проведения гидравлических испытаний трубы Ду 1200 мм. Н. Новгород: ОАО «Гипрогазцентр», 2012. 8 с.

2. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1972. 554 с.

3. Белов К. П. Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках. M.: ГИТТЛ, 1957. 279 с.

4. Белов К. П. Магнитострикционные явления и их технические приложения. M.: Наука, 1987. 160 с

5. Вонсовский С.В. Магнетизм. M.: Наука, 1971. 1032 с.

6. Корн Г.А., Корн Т.М. Справочник по математике для научных

работников и инженеров. М.: Наука, 1974. 832 с.

7. Михалев А.Ю. Исследование повреждаемости металла магистральных газопроводов пори стендовых циклических испыта-

ниях // Трубопроводный транспорт теория и практика. 2012. № 1. С. 8-11.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Andronov I.N., Musonov V.V. EFFECT OF BACK MAGNETOSTRICTION IN PIPE STEEL UNDER BIAXIAL ME-CHANIC-CY CLING

The change of the magnetic properties of the steel pipeline under biaxial mechanic-cycling is researched.

Key words: pipeline; mechanic-cycling; changes of magnetic parameters.

20б2