Термомеханическая и пондеромоторная стойкость проводников Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 539.3

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ И ПОНДЕРОМОТОРНАЯ СТОЙКОСТЬ ПРОВОДНИКОВ

© В.М. Иванов, Е.Б. Винокуров, А.В. Лановая, К.Н. Анфимов, А.А. Проскуряков

Ключевые слова: структурные дефекты; концентрация энергии; термические зоны; электромагнитное поле. Исследованы электромагнитная ситуация вокруг непроводящих дефектов в проводниках и сопутствующие условия начала разрушения. Критерием выбран критический коэффициент интенсивности напряжений.

В основе прочности и пластичности проводников заложены структурно-чувствительные их свойства, которые реально формируются под действием полей различной физической природы, а время жизни и эволюция сопровождаются воздействием внешних факторов, значительным из которых является электромагнитное поле. Наличие дефектов структуры в проводниках нарушает полевую симметрию и перераспределяет электрические и магнитные поля, локализуя их вокруг дефектных зон. Разница в плотностях энергии по объему проводника может вызвать силовые, температурные, электрические и магнитные градиенты, зачастую приводящие материал к локальному деформированию, разрушению или зарождению трещин вокруг активируемых полем областей. В связи с этим изучены эффекты перераспределения, усиления, искажения и концентрации электрического и магнитного полей вокруг непроводящих дефектов, моделируемых отверстием и острым надрезом - трещиной. Показано, что электрическое поле тока значительно меняет температурный режим в локальных зонах, создавая в них условия для фазовых превращений и изменения пластичности материала. При токах, превышающих пороговые, наблюдается тепловое разрушение кромки дефекта и наличие микротрещин на образующих его поверхностях. Кроме того, наведенное в проводнике и усиленное дефектом магнитное поле тока формирует вокруг структурных и технологических неоднородностей механическое поле напряжений электромагнитного происхождения [1-2]. В обоих случаях участвуют термические, механические или пондеромоторные напряжения. Если длительность импульса тока больше характерного времени термической диффузии, то разрушению способствуют преимущественно термические напряжения с незначительными механическими. Последние выдавливают из дефектной зоны сильно нагретый материал проводника вплоть до выплавления. На отверстиях вырастают «уши», а в трещине затупляется кончик с образованием эллиптического отверстия, по форме совпадающего с распределением плотности потока электромагнитной энергии в этой зоне. Сопротивление такому разрушению назвали термомеханической стойкостью проводника, которая ха-

рактеризуется соответствующими параметрами электромагнитного поля.

Во втором случае значительную роль играет наведенное в проводнике и усиленное дефектом магнитное поле тока, которое создает импульсные пондеромотор-ные напряжения практически в холодном состоянии. Кромка дефекта деформируется по взрывному характеру разрушения, причем в донной его области образуется большое количество микротрещин. Полагая, что эти напряжения достигают предела текучести, и, применяя за критерий разрушения критический коэффициент интенсивности напряжений, мы нашли пороговые значения токов по амплитуде и длительности, которые определяют пондеромоторную стойкость медных, алюминиевых и стальных проводников.

Следует отметить, что кромка деформированного дефекта строго повторяет по форме распределение электромагнитных сил в локальной зоне, направлением которых можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, по напряженности превышающего поле тока. Причем, меняя ориентацию внешнего магнитного поля, можно добиться как ускоренного, так и замедленного разрушения. Такой эффект «оплавленного реза» наблюдается в скрещенных электрических и магнитных полях при постоянном воздействии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов В.М., Лановая А.В., Плужникова Т.Н., Лозенков А.А. Разрушение дефектных проводников с током в магнитном поле // Известия РАН. Сер. Физическая. 2008. Т. 72. № 9. С. 1341-1343.

2. Финкель В.М., Головин Ю.И., Иванов В.М., Киперман В.А. Электротермическая резка листового металла электромагнитным полем // ФХОМ. 1985. № 1. С. 13-19.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Ivanov V.M., Vinokurov E.B., Lanovaya A.V., Anfimov K.N., Proskuryakov A.A. THERMOMECHANICAL AND PONDERO-MOTIVE CONDUCTORS STABILITY

Electromagnetic situation and concomitant destruction factors nearby nonconductive defects in conductors are investigated. Critical stress intensity factor is chosen as a criterion.

Key words: structural defects; energy concentration; thermal zones; electromagnetic field.

1745