Модель статического разрушения медного проводника при токовой перегрузке

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований образования трещины медного проводника под действием токовой перегрузки. Проводник исследовался с помощью растрового электронного микроскопа JSM-6390L. Получена уточненная математическая модель статического напряженно-деформированного состояния и разрушения медного стержня в условиях неупругого изгиба при температуре до 700°С. Определены предельные значения изгибающего момента и кривизны медного проводника, вызывающие его разрыв после образования трещины. Алгоритм расчета доведен до конечных аналитических зависимостей, позволяющих использовать их при проведении судебной пожарно-технической экспертизы или проектировании электропроводки.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. И. Недобитков

Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева

Author for correspondence.
Email: a.nedobitkov@mail.ru
Kazakhstan, Усть-Каменогорск

Б. М. Абдеев

Восточно-Казахстанский технический университет им. Д. Серикбаева

Email: a.nedobitkov@mail.ru
Kazakhstan, Усть-Каменогорск

References

  1. Roby R. J., McAllister J. Forensic investigation techniques for inspecting electrical conductors involved in fire // Final Technical Report for Award No. 239052. Columbia : Combustion Science & Engineering, 2012. 259 p.
  2. Babrauskas V. Arc mapping: a critical review // Fire Technology. 2018. V. 54. Iss. 3. P. 749. https://doi.org/10.1007_s10694-018-0711-5
  3. Xiao K. C. et al. Investigation of evolution process and molten marks characteristics of overcurrent fault // J. Xian Univ. Sci. Technol. 2020. V. 40. P. 393.
  4. Мокряк А. Ю. Установление природы оплавлений медных проводников и латунных токоведущих изделий при экспертизе пожаров на объектах энергетики: Дис. … канд. техн. наук. Спб.: Академия ГПС МЧС России, 2018.
  5. Финкель В. М., Головин Ю. А., Слетков A. A. О возможности торможения быстрых трещин импульсами тока // ДАН СССР. 1976. Т. 227. № 4. С. 848.
  6. Головин Ю. И., Финкель В. М., Слетков A. A., Шибков А. А. Динамика разрушения материала в вершине трещины под действием сильного электромагнитного поля // ФХОМ. 1978. № 2. С. 40.
  7. Емельянов О. А. Локальное разрушение тонких металлических пленок при электродинамических нагрузках // Журнал технической физики. 2008. Т. 78. № 7. С. 48.
  8. Krivosheev S. I., Adamian Yu. E., Alekseev D. I. et al. The impact of local current density increase on conductor destruction // Journal of Physics: Conference Series. 2019. V. 1147 (1). 012033. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1147/1/012033
  9. Лукаш П. А. Основы нелинейной строительной механики М.: Стройиздат, 1978. 204 с.
  10. Недобитков А. И., Абдеев Б. М. О физической основе локальной токовой перегрузки // Пожаровзрывобезопасность 2019. Т. 28. № 6. С. 18. https://doi.org/10.18322/PVB.2019.28.06.18-28
  11. Недобитков А. И., Абдеев Б. М. Неупругое растяжение медного однопроволочного проводника при неограниченных местных деформациях и положительной температуре // Журнал технической физики. 2021. Т. 91. № 6. С. 946. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.06.50864
  12. Тимошенко С. П., Гере Дж. Механика материалов: Пер. с англ. 2-е изд. СПб.: Лань, 2002. 672 с.
  13. Биргер И. А., Мавлютов Р. Р. Сопротивление материалов: учебное пособие. М.: Наука, 1986. 560 с.
  14. Филин А. П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. Сопротивление материалов с элементами теории сплошных сред и строительной механики. М.: Наука, 1975. 832 с.
  15. Варданян Г. С., Андреев В. И. и др. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности: учебн. пособие / Под ред. Г.С. Варданян. М.: Изд-во АСВ, 1995. 558 с.
  16. Попов Е. П. Теория и расчет гибких упругих стержней. М.: Наука, 1986. 296 с.
  17. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов М.: Наука, 1974. 500 с.
  18. Николаев А. К., Костин С. А. Медь и жаропрочные медные сплавы. М.: ДПК Пресс, 2012.
  19. Серенсен С. В., Когаев В. П., Шнейдерович Р. М. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность: Руководство и справ. пособие / Под ред. С.В. Серенсена. М.: Машиностроение, 1975. 488 с.
  20. Сакало В. И., Гусева Ю. С., Иншакова Т. В. Влияние температуры термообработки на механические свойства меди М1 // Вестник Брянского гос. тех. ун-та. 2015. Т. 47. № 3. С. 94.
  21. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-е изд., исправл. М.: Наука, 1986. 544 с.
  22. Смолянский М. Л. Таблицы неопределенных интегралов. М.: Наука, 1965. 112 с.
  23. Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы шестого и седьмого изданий с изменениями и дополнениями. Новосибирск: Норматика, 2018. 462 с.
  24. Гуляев И. В., Васенин А. Б., Степанов С. Е. и др. Тепловизионное обследование изогнутых шинопроводов распределительных устройств трансформаторных подстанций // Автоматизация и IT в энергетике. 2022. № 6 (155). С. 2.
  25. Yang Li et all. Analysis of overload induced arc formation and beads characteristics in a residential electrical cable // Fire Safety J. 2022. V. 131. P. 103626. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2022.103626
  26. Недобитков А.И. Фрактография изломов медных проводников автомобильной электрической цепи // Пожаровзрывобезопасность. 2016. Т. 25. № 2. С. 21. https://doi.org/10.18322/PVB.2016.25.02.21-27

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Formation of a crack in a copper conductor under the influence of current overload: (a) – initial stage, magnification ×330; (b) – crack development, magnification ×430; (c) – final phase, destruction of the conductor, magnification ×65.

Download (157KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Calculation scheme of a section of a rod curved by a bending moment M.

Download (257KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. General view of the stress-strain diagrams presented by analytical expressions (1), (4); 1 – in the solution [10] modeling strength; 2 – for the model of fracture of a bent copper conductor; 3 – common tangent at angle β.

Download (203KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Limit diagrams of internal force factors in the plane of the cross-section of a copper wire.

Download (218KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Initial stage of the destruction process in the ultimate stress-strain state of pure bending with moment Mmax: 1 – crack of minimum length ltr; 2 – most dangerous point.

Download (139KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences