Wykorzystanie metody elementów skończonych do oceny wpływu prędkości sondy na magnetyczne pole rozproszone modelowej wady powierzchniowej

• Autorzy: Usarek Z. , Augustyniak B. , Chmielewski M.

Warianty tytułu

EN

Application of FEM (Finite Element Method) for assessment of a probe velocity impact on the MFL (Magnetic Flux Leakage) signal from a surface defect

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaproponowana została interpretacja zjawiska wzrostu wartości mierzonego natężenia pola rozproszonego w funkcji prędkości układu magnesującego. Wyniki symulacji metodą elementów skończonych (MES) pozwalają twierdzić, że wzrost ten jest skutkiem swoistego wypychania strumienia pola magnetycznego na powierzchnię płyty przez prądy wirowe. Przeprowadzona analiza numeryczna okazała się bardzo pomocna w interpretacji obserwowanych doświadczalnie zmian natężenia sygnału MFL wraz ze wzrostem prędkości. Wskazuje to na dużą użyteczność modelowania MES jako narzędzia wspomagającego badania nad podstawami fizycznymi magnetycznych metod nieniszczących. Jakkolwiek zależność kształtu i amplitudy sygnału MFL od prędkości sondy magnesującej utrudnia ilościową ocenę rozmiarów wady w badaniach in situ, to z punktu widzenia wykrywalności defektów, wzrost amplitudy sygnału MFL w funkcji prędkości jest zjawiskiem korzystnym. Należy jednak zaznaczyć, iż tego typu tendencja wzrostowa jest charakterystyczna dla wad przypowierzchniowych znajdujących się po stronie sondy. W przypadku defektów wewnętrznych oraz przypowierzchniowych znajdujących się po przeciwnej stronie płyty względem sondy, zależność sygnału MFL od prędkości może mieć inny charakter. W szczególności sygnał ten może maleć. Jest to tym samym bardzo istotny problem techniczny, który uniemożliwia przetworzenie sygnału MFL do postaci quasi-statycznej (odpowiadającej zerowej prędkości) w sposób jednoznaczny, bez informacji o umiejscowieniu defektu w głąb badanej powierzchni. Zdaniem autorów problem ten jednak może zostać rozwiązany dzięki jednoczesnemu zastosowaniu metod defektoskopowych wspomagających pomiary MFL poprzez ocenę położenia wady względem powierzchni skanowanej.

EN

Suggested is an interpretation of an effect of the increase in the value of the measured diffused field strength as a function of a magnetizing system speed. Simulation results obtained by FEM method allow to assume that the increase is a consequence of a specific „pushing out” of a magnetic flux onto the plate surface by eddy currents. The conducted numerical analysis proved to be very helpful for interpretation of experimentally observed in MFL signal strength changes following the velocity increase. This indicates considerable usability of FEM modeling as a tool supporting research on physical bases of non-destructive magnetic methods. And though the MFL signal shape and amplitude dependency of a magnetizing probe velocity impedes the quantity assessment of defect dimensions in in situ research, the increase of MFL signal amplitude as velocity function is a positive phenomenon. Still it should be noted that this kind of increase tendency is characteristic for near-surface defects placed on the probe side. In case of inner defects and the near-surface ones placed on the opposite side to the probe, the MFL signal dependency on velocity can be of other character and, in particular, the signal can be declining. This is a very important technical problem that makes it impossible to process the MFL signal to quasi-static form (corresponding the zero velocity) in an unambiguous way with no information concerning defect location deep in the investigated surface. But, in the authors’ opinion, the problem can be solved thank to simultaneous application of flaw detection methods supporting MFL measurements by the assessment of defect location relative to the scanned surface.

Słowa kluczowe

PL

instalacje energetyczne; badania nieniszczące; metoda elementów skończonych

EN

power installations; non-destructive measurements; finite element method

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 2
• Strony: 85--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Usarek Z.

• Politechnika Gdańska, Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

autor

Augustyniak B.

• Politechnika Gdańska, Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

autor

Chmielewski M.

• Politechnika Gdańska, Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

Bibliografia

• [1] Mandayam S., Udpa L., Udpa S.S., Lord W., Invariance transformations for magnetic flux leakage signals, IEEE Trans. Magn., 1996, vol. 32, no. 3, pp. 1577-1580.
• [2] Katragadda G., Sun Y.S., Lord W., Udpa S.S., Udpa L., Velocity effects and their minimization in MFL inspection of pipelines - a numerical study, Review in Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, 1995, vol. 14.
• [3] Li Y., Tian G.Y., Ward S., Numerical simulation on flux leakage evaluation at high speed, NDT E Int. 2006(39) pp. 367-373.
• [4] Gan. Z., Chai X., Numerical simulation on magnetic flux leakage testing of the steel cable at different speed title, 2011 International Conference on Electronics and Optoelectronics.
• [5] Zhang L., Belblidia F., Cameron I., Sienz J., Boat M., Pearson N., Influence of specimen velocity on the leakage signal in magnetic flux leakage type nondestructive testing, J Nondestruct Eval 2015, 34:6.
• [6] Park G.S., Park S.H., Analysis of the velocity-induced eddy current in MFL type NDT, IEEE Trans. Magn. 2004, vol. 40, no. 2, pp. 663-666.
• [7] Zhiye D., Jiangjun R., Ying P., Shifeng Y., Yu Z., Tianwei L., 3-D FEM simulation of velocity effects on magnetic flux leakage testing signals, IEEE Trans. Magn. 2008, vol. 44, no. 6, pp. 1642-1645.
• [8] Wang P., Gao Y., Tian G.Y., Wang H., Velocity effect analysis of dynamic magnetization in high speed magnetic flux leakage inspection, NDT E Int. 2014(64), pp. 7-12.
• [9] Augustyniak B., Chmielewski M., Leszczyński T., Łukajtis W., Raczyński P., Metodyka detekcji i obrazowania wad w ścianach rurociągów i zbiorników z wykorzystaniem efektu magnetycznego pola rozproszonego [w:] Materiały konf. „Zarządzanie ryzykiem w eksploatacji rurociągów”. VII Krajowa Konferencja Techniczna. Płock, 27-28 maja 2004, s. 67-72.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.