Исследования искусственной вибрации металла, создаваемой пинч-эффектом действия импульсного тока Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 620.178.3

ИССЛЕДОВАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ ВИБРАЦИИ МЕТАЛЛА, СОЗДАВАЕМОЙ ПИНЧ-ЭФФЕКТОМ ДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА

© О.А. Троицкий, О.Б. Скворцов, Е.А. Правоторова, В.И. Сташенко

Ключевые слова: вибрация; пинч-эффект; скорость деформации; металл; акселерометр.

Рассмотрены возможности контроля вибрационного отклика металлических образцов, в которых импульсным током формируется пинч-эффект. Представлены рекомендации по аппаратурному обеспечению и алгоритмам обработки вибрационных сигналов.

Авторами намечен план исследований искусственной регулируемой вибрации металла с помощью пинч-эффекта действия импульсного тока. На основе зарождающейся фундаментальной и технологической науки в области ЭПЭ и ЭПДМ можно создавать и осуществлять следующие новые направления исследований искусственной вибрации с помощью ПЭ и ее применений в механике, динамики машин и в материаловедении.

1. Изучение влияния искусственно созданной с помощью ПЭ вибраций на основные параметры процессов трения скольжения и качения (коэффициент трения и силу трения) в узлах трения машин и механизмов с помощью специально созданных устройств ЭМУ.

2. Изучение влияния управляемой вибрации, создаваемой с помощью ПЭ, в деталях машин и механизмов для стимулирования процесса поступления смазки в узлы трения за счет усиления капиллярного эффекта.

3. Исследование возможности очистки металлических поверхностей от твердых накипных отложений под влиянием совместных действий упругих колебаний поверхности под влиянием ПЭ и действия поверхностно активных веществ (ПАВ) на примере очистки от накипи трубок теплообменников теплостанций.

4. Определение поверхностного натяжения жидкого металла с помощью пондеромоторных сил импульсного тока.

Осуществление указанных новых направлений исследований и их практическую реализацию целесообразно проводить поэтапно через создание специальных исследовательских стендов по каждой указанной теме для проведения НИР и НИОКР, накопления фундаментальных знаний, разработки технологий двойного назначения с целью практической реализации разработок. Указанный перечень тем и новых направлений исследований может быть расширен за счет добавления в него других известных процессов в машинах и механизмах, а также в военных технологиях, которые можно интенсифицировать с помощью пинч-эффекта действия импульсного тока. Как упоминалось в [1-3] и показано в [4, 5], а также в работах [6-11] пинч-эффект является одним из основных эффектов, входящих в кооперативное явление электропластическая деформация металла (ЭПДМ). Он является реальным фактором, влияющим на скачкообразную деформацию металла,

подвергаемого воздействию импульсами тока. С помощью импульсного тока, пропускаемого в верхней недеформируемой части двойных образцов, как показано на рис. 1а, можно создавать регулируемую скачкообразную деформацию металла в нижней деформируемой части, по которой ток вообще не проходит. Это показано на рис. 1б и является прямым доказательством влияния пондеромоторного действия тока на пластическую деформацию металла.

Опыты будут проводиться на специально созданном стенде на трех материалах - меди, алюминии и стали и виде образцов круглого сечения диаметром от 1, 2, 3, 4 и 5 мм, длиной по 300 мм каждого вида в количестве по всем типоразмерам 100 шт. для каждого материала и всего 300 образцов с тем, чтобы исследовать детально параметры вибрации от пинч-эффекта в зависимости от диаметра образцов и от вида материала, а также влияние параметров импульсного тока, возбуждающего пинч-эффект в металлических стержнях, на характеристики возникающего механического отклика. В рамках предстоящих экспериментов будет разработан комплекс аппаратно-программных средств анализа для изучения поведения стержневых образцов и закономерностей их механических колебаний при воздействиях на них больших импульсов тока (более 1000 А в амплитуде) при малой длительности импульсов порядка 10-4-10-3 с и небольшой частоте следования порядка

единиц Гц по методикам, [12-15].

разработанным в работах

\

Рис. 1.

Переходя к физическому механизму ПЭ, отметим, что под влиянием действия собственного магнитного поля импульсного тока происходит оттеснение элек-

б

а

1846

тронов проводимости и линий тока от поверхности вглубь металла, как показано на рис. 2. Теоретическое рассмотрение сделано И.Л. Батароновым [9-11]. Возникающая при этом поляризация электронной системы металла в приповерхностных областях вызывает возникновение поперечного электрического поля Холла, которое препятствует дальнейшему сжатию электронной плазмы металла и становится причиной появления механических напряжений и указанных вибраций с частотой следования импульсов тока.

Н

Рис. 2.

ЛИТЕРАТУРА

1. Троицкий О.А. Электромеханический эффект в металлах // Письма в ЖЭТФ. 1969. № 10. С. 18.

2. Троицкий О.А., Розно А.Г. Электропластическая деформация в металлах // Физика твердого тела. 1970. Т. 12. № 1. С. 203.

3. Троицкий О.А., Баранов Ю.В., Авраамов Ю.С., Шляпин А.Д. Физические основы и технологии обработки современных материалов: в 2 т. Москва; Ижевск: Изд-во АНО. ИКИ, 2004.

4. Троицкий О.А. Пластическая деформация металла, вызванная пинч-эффектом // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1977. № 6. С. 118-122.

5. Спицын В.И., Троицкий О.А. Моделирование теплового и пинч-эффекта импульсного тока на пластическую деформацию металла // Доклады РАН СССР. 1975. № 5. С. 1070-1073.

6. Okazaki K., Kagava M., Conrad H. Electroplastic effect in metals // Scr. Met. 1978. № 12. Р. 1063.

7. Okazaki K., Kagava M., Conrad H. // Scr. Met. 1979. V. 13. Р. 277.

8. Okazaki K, Kagava M, Conrad H. // Scr. Met. 1979. V. 13. Р. 473.

9. Батаронов И.Л. и др. О линейном отклике дислокационного ансамбля на импульсное воздействие // Изв. АН. Сер. физ. 1995. Т. 61. № 5. С. 877-885.

10. Батаронов И.Л., Рощупкин А.М. Электропластическая деформация металла и динамический пинч-эффект // Изв. вузов. Сер. черная металлургия. 1993. № 8. С. 57-61.

11. Батаронов И.Л. К электронной теории динамического пинч-эффекта в металлах // Изв. вузов. Сер. черная металлургия. 1993. № 8. С. 61-64.

12. Скворцов О.Б. Многоканальные комплексы вибрационного контроля // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: сборник трудов 9 междунар. науч.-практ. конф. 3-4 декабря 2010 г. М., 2010. С. 419-421.

13. Скворцов и др. Усилитель заряда для пьезоэлектрического датчика вибрации (варианты). Патент РФ № 2391770 Приор. 31.07.2008, опубл. бюл. № 16, 10.06.2010.

14. Скворцов О.Б. Использование датчиков инерционного типа в режиме преобразования с интегрированием // Механотроника, автоматизация, управление (МАУ-2009): материалы междунар. науч.-тех. конф. С. Дивноморское, Геленджик, 2009. С. 273-275.

15. Скворцов О.Б. Интегрирующие преобразователи тока и заряда // Труды LXV науч. сессии, посвящ. Дню радио. НТОРЭС. М., 2010. С. 68-70.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 12-08-00918а).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Troitskiy O.A., Skvortsov O.B., Pravotorova E.A., Stashen-ko V.I. STUDY OF ARTIFICIAL VIBRATIONS OF METAL CREATED PINCH EFFECT OF PULSE CURRENT

The possibility of controlling the vibration response of metallic samples in which a pulsed current formed by the pinch effect are considered. The recommendations for hardware and processing algorithms ensure vibration signals are presented.

Key words: vibration; pinch effect; rate of deformation; metal; accelerometer.

1847