Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности

Abstract

Представлены результаты экспериментального и численного исследования нестационарного напряженно-деформированного состояния в тонком стальном стержне (отрезок проволоки), предварительно растянутом статической нагрузкой до напряжений ниже предела текучести, при пропускании импульса электрического тока высокой плотности. Воздействие импульса электрического тока приводит к осцилляции осевых напряжений с периодом, соответствующим периоду собственных продольных колебаний стержня. Уровень максимальных сжимающих и растягивающих напряжений определяется длительностью фронта и амплитудой импульса тока. Высокий уровень указанных напряжений в центральной части стержня вызывает локальную потерю продольной устойчивости. Результаты численного моделирования напряженно-деформированного состояния в стержне при его нагреве в результате воздействия импульса электрического тока соответствуют экспериментально наблюдаемым эффектам. Снижение после воздействия тока уровня растягивающих напряжений от приложенной статической нагрузки свидетельствует о развитии процессов релаксации, связанных не только с нагревом. Для отдельной оценки эффектов, обусловленных волнами упругих напряжений в стержне, нагревом и непосредственным действием электрического тока, необходимы дополнительные исследования.

Представлено результати експериментального та чисельного дослідження нестаціонарного напружено-деформованого стану в тонкому сталевому стрижні (відрізок дроту), який було попередньо розтягнуто статичним навантаженням до напружень, нижчих за границю текучості, при пропусканні імпульсу електричного струму високої густини. Дія імпульсу електричного струму призводить до осциляції осьових напружень із періодом, що відповідає періоду власних поздовжніх коливань стрижня. Рівень максимальних стискальних і розтяжних напружень визначається тривалістю фронту й амплітудою імпульсу струму. Високий рівень указаних напружень у центральній частині стрижня зумовлює локальну втрату поздовжньої стійкості. Результати чисельного моделювання напружено-деформованого стану в стрижні при його нагріванні в результаті дії імпульсу електричного струму відповідають ефектам, які спостерігаються експериментально. Зниження після дії струму рівня попередніх розтяжних напружень від прикладеного статичного навантаження свідчить про розвиток процесів релаксації, які пов’язані не тільки з нагріванням. Для окремої оцінки ефектів, що зумовлені хвилями пружних напружень у стрижні, нагріванням та безпосередньою дією електричного струму, необхідні додаткові дослідження.

We discuss the results of experimental and numerical studies of nonstationary stress-strain state of a thin steel rod (steel wire portion) preliminarily stressed by a static tensile load below the yield stress and then exposed to action of high-density electric pulse. The latter induces oscillations of axial stresses with oscillation period corresponding to that of the rod natural longitudinal vibrations. The levels of maximal compressive and tensile stresses are controlled by the stress front duration and electric pulse amplitude. High level of the above stresses in the rod central portion results in the local loss of longitudinal stability. The results of numerical modeling of stress-strain state of a rod exposed to heating by electric pulse show satisfactory agreement with the experimentally observed effects. Reduction of the initial tensile stresses induced by the preliminary static load as a result of electric pulse action indicates the development of relaxation process, which cannot be attributed only to heating. Additional studies are required for a separate assessment of effects caused by elastic stress waves in a rod, by heating and direct action of the electric pulse.