2121403366

28

gdzie: AEf jednostkowa energia procesu zmęczenia,

A£,wch - energia przemian mechanicznych.

AE„,_a - energia przepływu strumienia cieplnego,

AAnug - energia przepływu pola magnetycznego,

AEatn - energia oddziaływania efektu magnctomechaniczncgo (Vilaricgo).

Jeżeli analizie energetycznej procesu zmęczenia poddać znormalizowaną próbkę (czystego żelaza lub niklu) badaną na stanowisku laboratoryjnym, a zmęczeniową liczbę cykli zadać w przeciągu godzin lub dni. to przeniesienie metody badawczej na obiekt rzeczywisty eksploatowany i obciążany W' okresach lat lub dziesięcioleci jest w zasadzie niemożliwe. Energia przemian mechanicznych i cieplnych zachodzących w obiekcie nic jest do odtworzenia. Badanie składnika A£_trutł pod kątem zmian zależności magnctomcchanicznych wymagałoby wprowadzenia w obiekt wzorcowych obciążeń mechanicznych i opracowania metod pomiaru zmian magnetycznych materiału. W przeważającej mierze, wynikającej z potrzeb przemysłowych, metodyka ta jest nieużyteczna.

2.3. Pole magnetyczne przy powierzchni materiału ferromagnetycznego

Zmiana parametrów magnetycznych materiału (od naprężeń sprężystych i zmęczeniowych) przy niezmiennym zewnętrznym polu magnetycznym przejawia się zmianą namagnesowania. a szczególnie zmianą składowej stycznej natężenia pola magnetycznego przy powierzchni materiału.

Problem ten uwzględniono przy konstruowaniu przetwornika pomiarowego służącego do wykrywania zmian natężenia pola magnetycznego od obciążeń sprężystych i zmęczeniowych. Poświęcono im wiele eksperymentów symulacyjnych i technicznych [154-161], Podczas badań element magnesowany jest zewnętrznym polem magnetycznym //_ww i osiąga namagnesowanie M. Różnica pomiędzy stycznymi natężenia pola // i namagnesowania M przy powierzchni materiału to efekt będący reakcją materiału na zmiany magnesowania. Schemat blokowy badania faz stanu obciążeń mechanicznych materiału w nieniszczącej metodzie magnetycznej przedstawia rysunek 2.5.

-H„ -

M,-►AH> '

l rupctfcrśn m a 1 c f i a ł
| if>rfży«« 1		W
1 miC(/crM		m
.....*____		E
j ro/wój w*d		c
^1-----l|**-»c		a
l--------i

Rys. 2.5. Schemat blokowy badania stanu ferromagnetyka Fig. 2.5. Diagrams of ferromagnetic State investigation

W każdym przypadku pomiar przeprowadzany jest na granicy ośrodków, tj. powietrza i ferromagnetyka (matenału badanego elementu). Zasady pomiaru składowych pola magnetycznego na granicy ośrodków oparte są na prawach magnetyzmu. Jeżeli przenikalności magnetyczne na granicy ośrodków wynoszą odpowiednio //| i moduły i kierunki wektorów indukcji oraz natężenia pola magnetycznego ulegają zmianie [41, 116]. Niezmienne pozostają składowe normalne indukcji magnetycznej:

oraz składowe styczne natężenia pola magnetycznego:

H_x rH_h.    (2.30)

Linie pola magnetycznego przechodząc z jednego ośrodka do drugiego ulegają załamaniu, a tangensy kątów z obu stron granicy ośrodków spełniają równość:

(2.31)

-

tg<*i Fj

Jak wspomniano, w rozpatrywanych prz>padkach ośrodkami są powietrze (pi) i materiał (stal) 0o). zatem:

/ga,«rga₂    (2.32)

Zasadę ciągłości składowych normalnych indukcji magnetycznej i składowych stycznych natężeń pola magnetycznego na granicy ośrodków o przcnikalności magnetycznej pi i pj przedstawiono na rysunku 2.6.

Rys. 2.6. Składowe wielkości pola magnetycznego na granicy dwóch ośrodków Fig. 2.6. Componenls of magnetic field at boundary of Iwo mediums

Magnetorezyslancyjny mostkowy przetwornik pomiarowy serii KMZ, usytuowany równolegle nad powierzchnią ferromagnetyka, przetwarza natężenie składowej stycznej zewnętrznego pola magnetycznego zależne od wartości składowej stycznej natężenia pola pod powierzchnią. Każdy pomiar zakłócony może być udziałem składowej ortogonalnej pola magnetycznego (rys. 2.7). Prawo ciągłości składowej stycznej umożliwia korelację wyników pomiaru natężenia pola magnetycznego przy powierzchni ze zmianami magnctomccha-nicznymi magnesowanego materiału. Taką zasadę pomiarową zastosowano w pomiarach sił i naprężeń w ferromagnctykach oraz w szeroko rozumianej diagnostyce technicznej.

Badanie magnetycznego pola rozproszenia od wad ciągłości w materiale ferromagnetycznym związane jest z pomiarem składowej normalnej natężenia pola magnetycznego. Badania defektoskopowe wymagają stosowania przetworników hallotronowych. Przeprowadzone badania wykazały możliwość zastosowania przetworników magnetorezystancyjnych do detekcji wad ciągłości od 0.001 mm, przy czym długość wady musi być większa od 2 mm. Przetworniki magnclorczystancyjnc, pomimo ich cech konstrukcyjnych ograniczających zastosowanie, charakteryzują się dostateczną czułością w wykrywaniu magnetycznego pola rozproszenia, zbliżoną do metod magnetycznych fluoresccncyjno proszkowych.

W pomiarze magnetycznego pola rozproszenia istotne jest odmagnesowanie elementu. Jeżeli element wykonany z materiału ferromagnetycznego magnesowany jest zewnętrznym polem magnetycznym H_t. np. od magnesów sondy, zostaje namagnesowany do wartości //» podanej wzorem (100]:

H