Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2023, выпуск 5 » Статья стр. 654
<<<>>>
Хрупкое разрушение проводника в сильном импульсном магнитном поле
DOI: 10.21883/JTF.2023.05.55460.243-22
Переводная версия: 10.21883/TP.2023.05.56067.243-22
РФФИ, Росатом, 20-21-00050
Русских П.А. 1, Болтачев Г.Ш. 1, Паранин С.Н. 1
1Институт электрофизики Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия
Email: russkikh_p@inbox.ru, grey@iep.uran.ru, paranine@iep.uran.ru
Поступила в редакцию: 9 ноября 2022 г.
В окончательной редакции: 1 марта 2023 г.
Принята к печати: 2 марта 2023 г.
Выставление онлайн: 21 апреля 2023 г.
PDF версия
Проанализированы основные факторы, приводящие к разрушению проводника под действием сильного импульсного магнитного поля. Теоретическая модель cоответствует геометрии цилиндрического толстостенного соленоида и учитывает диффузию магнитного поля, омический нагрев материала и возникающие в нем механические напряжения. В качестве порогового поля Bth, разделяющего области безопасных (неразрушающих) и опасных полей, использована амплитуда магнитного поля, при которой индуцируемые напряжения в материале достигают выполнения условия пластичности Мизеса. В случае изначально однородного материала соответствующая этому пределу максимальная температура нагрева, предопределяющая уровень термомеханических напряжений, выведена аналитически. В общем случае на основе анализа расчетных значений порогового поля исследовано влияние различных параметров (характеристики магнитного импульса, упругие модули материала и т. д.) на стойкость проводника в импульсном магнитном поле и предложены способы повышения порогового поля, в частности, за счет использования различных пространственных профилей начального удельного сопротивления. Показано, что в сравнении с однородным материалом сформированный на поверхности модифицированный слой с повышенным удельным сопротивлением позволил существенно увеличить амплитуду магнитного импульса, выдерживаемого материалом без разрушения. Ключевые слова: диффузия магнитного поля, пластическая деформация, термомеханические напряжения, предел текучести, условие Мизеса. DOI: 10.21883/JTF.2023.05.55460.243-22
  1. E.С. Остропико, С.Г. Магазинов, С.И. Кривошеев. ЖТФ, 92 (1), 174 (2022). DOI: 10.21883/JTF.2022.01.51868.247-21
  2. G.Sh. Boltachev, K.A. Nagayev, S.N. Paranin, A.V. Spirin, N.B. Volkov. Magnetic Pulsed Compaction of Nanosized Powders (Nova Science Publishers, Inc., N.Y.C., 2010)
  3. E.A. Olevsky, A.A. Bokov, G.Sh. Boltachev, N.B. Volkov, S.V. Zayats, A.M. Ilyina, A.A. Nozdrin, S.N. Paranin. Acta Mech., 224 (12), 3177 (2013). DOI: 10.1007/s00707-013-0939-6
  4. Г.Ш. Болтачев, Н.Б. Волков, С.Н. Паранин, А.В. Спирин. ЖТФ, 80 (6), 1 (2010). [G.Sh. Boltachev, N.B. Volkov, S.N. Paranin, A.V. Spirin. Tech. Phys., 55 (6), 753 (2010). DOI: 10.1134/S1063784210060010]
  5. Е.Л. Стрижаков, С.В. Нескромный, Р.В. Меркулов. Сварка и диагностика, 4, 43 (2012)
  6. В.И. Крутиков, С.Н, Паранин, Д.С. Колеух, В.В. Иванов, А.В. Спирин, J.-G. Lee, M.-K. Lee, C.-K. Rhee. Известия вузов. Физика, 57 (11/3), 264 (2014)
  7. A.V. Spirin, G.Sh. Boltachev, V.I. Krutikov, S.N. Paranin, P.A. Russkikh, D.S. Koleukh. AIP Conf. Proc., 2174, 020163 (2019). DOI: 10.1063/1.5134314
  8. S.I. Krivosheev, Yu.E. Adamian, D.I. Alekseev, S.G. Magazinov, L.V. Chernenkaya, V.V. Titkov. J. Phys. Conf., 1147, 012033 (2019). DOI: 10.1088/1742-6596/1147/1/012033
  9. F. Herlach. Strong and Ultrastrong Magnetic Fields and Their Applications (Springer-Verlag, Berlin, 1985)
  10. С. Мэнсон. Температурные напряжения и малоцикловая усталость (Машиностроение, М., 1974)
  11. В.В. Титков. ЖТФ, 59 (9), 72 (1989)
  12. В.В. Титков. ЖТФ, 61 (4), 54 (1991)
  13. И.М. Карпова, В.В. Титков. ЖТФ, 64 (7), 137 (1994)
  14. И.М. Карпова, В.В. Титков. ЖТФ, 65 (6), 54 (1995)
  15. P.A. Russkikh, G.Sh. Boltachev, S.N. Paranin, A.V. Kebets. IEEE Trans. Plasma Sci., 49 (9), 2463 (2021). DOI: 10.1109/TPS.2021.3092788
  16. A.V. Spirin, P.A. Russkikh, V.I. Krutikov, S.N. Paranin, D.S. Koleukh. 20th Int. Symp. on High-Current Electronics (Tomsk, Russia, 2018), p. 148-153. DOI: 10.1109/ISHCE.2018.8521205
  17. I.M. Karpova, A.N. Semakhin, V.V. Titkov, G.A. Shneerson. Analysis of Methods of Lowering Heating of and Thermal Stresses in the Coils in Nigh Magnetic Fields. Megagauss Magnetic Fields and Pulsed Power Systems (Nova Science Publishers, N.Y.C., 1990)
  18. И.М. Карпова, В.В. Титков. Электричество, 12, 55 (1999)
  19. Г.А. Шнеерсон, А.А. Парфентьев, В.В. Титков, С.И. Кривошеев, А.Д. Лагуткина, А.С. Немов, А.П. Ненашев, С.А. Шиманский. Письма в ЖТФ, 47 (11), 40 (2021). DOI: 10.21883/PJTF.2021.11.51007.18639 [G.A. Shneerson, A.A. Parfentiev, V.V. Titkov, S.I. Krivosheev, A.D. Lagutkina, A.S. Nemov, A.P. Nenashev, S.A. Shimansky. Tech. Phys. Lett., 47, 573 (2021). DOI: 10.1134/S1063785021060134]
  20. A.V. Spirin, E.Y. Zaytsev, S.N. Paranin. IEEE Trans. Magn., 58 (6), 1 (2022). DOI: 10.1109/TMAG.2022.3165386
  21. Г.А. Шнеерсон. Поля и переходные процессы в аппаратуре сверхсильных токов (Энергоатомиздат, М., 1992)
  22. Г. Кнопфель. Сверхсильные импульсные магнитные поля (Мир, М., 1972)
  23. O. Schnitzer. Phys. Plasmas, 21, 082306 (2014). DOI: 10.1063/1.4892398
  24. R. Holland. IEEE Trans. Antennas Propag., 43 (7), 653 (1995). DOI: 10.1109/8.391135
  25. J.R. Brauer, I.D. Mayergoyz. IEEE Trans. Magn., 40 (2), 537 (2004). DOI: 10.1109/TMAG.2004.824591
  26. B. Tellini, M. Bologna, D. Pelliccia. IEEE Trans. Magn., 43 (3), 1112 (2005). DOI: 10.1109/TMAG.2004.841700
  27. Ю.Э. Адамьян, Е.А. Вырва, С.И. Кривошеев, В.В. Титков. ЖТФ, 83 (10), 1 (2013). [Yu.E. Adam'yan, E.A. Vyrva, S.I. Krivosheev, V.V. Titkov. Tech. Phys., 58 (10), 1397 (2013). https://doi.org/10.1134/S1063784213100022]
  28. S.E. Rosenthal, M.P. Desjarlais, R.B. Spielman, W.A. Stygar, J.R. Asay, M.R. Douglas, C.A. Hall, M.H. Frese, R.L. Morse, D.B. Reisman. IEEE Trans. Plasma Sci., 28 (5), 1427 (2000). DOI: 10.1109/27.901209
  29. S.F. Garanin, G.G. Ivanova, D.V. Karmishin, V.N. Sofronov. J. Appl. Mech. Tech. Phys., 46 (2), 153 (2005). DOI: 10.1007/PL00021891
  30. С.И. Кривошеев, В.С. Помазов, Г.А.Шнеерсон. Письма в ЖТФ, 37 (18), 73 (2011). [S.I. Krivosheev, V.S. Pomazov, G.A. Shneerson. Tech. Phys. Lett., 37 (9), 877 (2011). DOI: 10.1134/S1063785011090227]
  31. S.I. Krivosheev, S.G. Magazinov, D.I. Alekseev. J. Phys. Conf., 946, 012040 (2018). DOI: 10.1088/1742-6596/946/1/012040
  32. A.J. Mestel. Proc. Math. Phys. Eng. Sci., 405, 49 (1986). DOI: 10.1098/rspa.1986.0040
  33. С.И. Кривошеев, С.Г. Магазинов, Г.А. Шнеерсон. Письма в ЖТФ, 45 (3), 41 (2019). DOI: 10.21883/PJTF.2019.03.47272.17504 [S.I. Krivosheev, S.G. Magazinov, G.A. Shneerson. Tech. Phys. Lett., 45 (2), 100 (2019). DOI: 10.1134/S1063785019020093]
  34. A.V. Spirin, G.Sh. Boltachev, S.N. Paranin, V.I. Krutikov, D.S. Koleukh, P.A. Russkikh. Proceedings of EAPPC \& BEAMS (Changsha, China, 2018), p. 172-176
  35. L.D. Landau, E.M. Lifshitz. Theory of Elasticity (Pergamon Press, Oxford, 1993)
  36. L.I. Sedov. Mechanics of Continuous Media 1 and 2 (World Scientific, Singapore, 1997)
  37. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский. Таблицы физических величин (Энергоатомиздат, М., 1991)
  38. F. Heringhaus, H.-J. Schneider-Muntau, G. Gottstein. Mater. Sci. Eng. A, 347, 9 (2002). DOI: 10.1016/S0921-5093(02)00590-7
  39. Q. Yuanshen, R. Lapovok, Yu. Estrin. J. Mater. Sci., 51, 6860 (2016). DOI: 10.1007/s10853-016-9973-9
  40. P.A. Russkikh, G.Sh. Boltachev, S.N. Paranin. AIP Conf. Proc., 2113, 030028 (2020). DOI: 10.1063/5.0032221
  41. A.R. Bryant. The Intern. Conf. on Megagauss Magnetic Fields Generation by Explosives and Related Experiments Proc. (Euroatom, Brussel, 1966), p. 183-191
  42. Г. Карслоу, Д. Егер. Теплопроводность твердых тел (Наука, М., 1964)

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme