Badania symulacyjne rozdzielczości i czułości detekcji wad typu head checking w szynach kolejowych oparte o analizę rozkładów magnetycznych pól resztkowych

Gockiewicz, Anna; Szumiata, Tadeusz

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Badania symulacyjne rozdzielczości i czułości detekcji wad typu head checking w szynach kolejowych oparte o analizę rozkładów magnetycznych pól resztkowych

Autorzy

Gockiewicz Anna , Szumiata Tadeusz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Simulation studies on resolution and sensitivity of rail defects head checking detection via analysis of residual magnetic field distributions

Języki publikacji

Abstrakty

Artykuł przedstawia badania symulacyjne rozkładów pól magnetycznych wokół modelowych wad przypowierzchniowych typu head checking w szynach kolejowych. Symulacje metodą elementów skończonych (MES) wykazały, że (zarówno dla wad prostopadłych, jak i równoległych) rozdzielczość i czułość detekcji metodą MPM spada wraz ze wzrostem odległości czujnika od powierzchni szyny, jak i głębokości usytuowania wady. Badania wykazały poważne problemy bezwzględnej kalibracji metody MPM, jednocześnie demonstrując jej czułość w sytuacjach, gdy inne metody zawodzą w detekcji wad podpowierzchniowych o małych rozmiarach.

The article presents simulation studies of magnetic field distributions into model head checking of flaws in railway rails. Finite element method simulation (FEM) showed that (both for perpendicular and parallel defects) with the application of metal magnetic memory method (MMM), detection of resolution and sensitivity decreases considerably with the increase in the sensor distance from the rail surface as well as the depth of defect location. The authors point out to significant problems connected with absolute calibration of the MMM method, emphasizing the sensitivity of the method in detecting small-sized sub-surface defects, when other methods failed.

Słowa kluczowe

wady head checking szyny kolejowe metoda magnetycznej pamięci metalu (MPM) badania nieniszczące magnetyczne symulacje MES zjawisko magnetosprężyste

head checking flaws railway rails metal magnetic memory method (MMM) non-destructive testing methods FEM magnetic simulations magnetoelastic phenomena

Wydawca

Wydawnictwo Lotniczej Akademii Wojskowej

Czasopismo

Zeszyty Naukowe / Lotnicza Akademia Wojskowa

Rocznik

2018

Tom

nr 1-2

Strony

421--438

Opis fizyczny

Bibliogr. 38 poz., rys.

Twórcy

autor

Gockiewicz Anna

Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny w Radomiu

autor

Szumiata Tadeusz

Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny w Radomiu

Bibliografia

[1] Lesiak P., Wlazło M., Badania wad head checking w szynach kolejowych metodą optyczną, „Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej” 2014, nr 104, s. 33–42.
[2] Lesiak P., Szumiata T., Skaterometria laserowa wad head checking w szynach kolejowych, „Pomiary, Automatyka, Komputery w Gospodarce i Ochronie Środowiska” 2010, nr 2, s. 25–28.
[3] Hesse D., Rail inspection using ultrasonic surface waves, „Thesis, Department of Mechanical Engineering, Imperial College London” 2017.
[4] Meierhofer R., Pohl R., Head check measurement – a fully-operational system on a rail grinder, Proceedings: World Congress on Railway Research, Montreal Canada 2006.
[5] Deputat J., Nowe techniki badań ultradźwiękowych, Materiały konferencyjne: 10 Seminarium Szkoleniowe „Nieniszczące badania materiałów”, Zakopane 2004.
[6] Deputat J., Fale podpowierzchniowe, IPPT PAN, Warszawa 2006, www. badania-nieniszczace.info [dostęp: 5.05.2018].
[7] Deputat J., Podstawy metody magnetycznej pamięci metalu, „Dozór Techniczny” 2002, nr 5, nr 97–105.
[8] Dubov A.A., Fundamental distinctive features of the metal magnetic memory method and inspection instruments compared to the known magnetic non-destructive testing methods, „Control Diagnostics” 2003, nr 12, s. 27–29.
[9] Dubov A.A., Fundamental difference of the metal magnetic memory method from other known magnetic NDT methods. Results and prospects of the method development, „Territory of NDT” 2016, nr 2, s. 64–68.
[10] Dybała J., Nadulicz K., Zastosowanie metody magnetycznej pamięci metalu w diagnostyce obiektów technicznych, „Zeszyty Wojskowego Instytutu Technicznego Uzbrojenia” 2015, nr 1 (133), s. 63–80.
[11] Witoś M., Zieja M., Kurzyk B., IT support of NDE and SHM with application of the metal magnetic memory method, Proceedings: 7th International Symposium on NDT in Aerospace, Bremen 2015, Germany.
[12] Roskosz M., Rusin A., Kotowicz J., The metal magnetic memory method in the diagnostics of power machinery components, „Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering” 2010, nr 45, s. 362–370.
[13] Bao Sh., Fu M., Hu Sh., Gu Y., Lou H., A review of the metal magnetic memory technique, Proceedings: ASME (2016) 35th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering OMAE2016, Busan 2016, South Korea.
[14] Lesiak P., Radziszewski A., Diagnostyka szyn metodą magnetycznej pamięci metalu, „Prace Naukowe Politechniki Radomskiej. Elektryka” 2004, nr 2 (8), s. 103–110.
[15] Dubov A.A., Tester of stress concentration, www.mmmsystem.com [dostęp: 5.05.2018].
[16] Radziszewski A., Opis przyrządów pomiarowych: TSC-1M-4, TSC-2M-, TSC-3M-12, TSC-4M-16, www.resurs.pl/energodiagnostyka [dostęp: 5.05.2018].
[17] Lesiak P., Bojarczak P., Application of neural classifier to railway flaw detection in the method of metal magnetic memory, The 6th International Conference „ Environmental Engineering” Selected Papers nr 2, Vilnius 26–27.05.2005, Lithuania, s. 744–747.
[18] Lesiak P., Bojarczak P., Migdal M., Inteligentne klasyfikatory wad kontaktowo-naprężeniowych w szynach kolejowych, „Pomiary, Automatyka, Komputery w Gospodarce i Ochronie Środowiska” 2009, nr 2, s. 13–17.
[19] Villari E., Change of magnetization by tension and by electric current, „Ann. Rev. Phys. Chem.” 1865, nr 126, s. 87–122.
[20] Szumiata T., Szymczak H., Żuberek R., Dipolar mechanism for surface magnetoelastic coupling in ultrathin ferromagnetic films, „IEEE Transactions on Magnetics 29” 1993, nr 6, s. 3132–3134.
[21] Szumiata T., Gzik-Szumiata M., Brzózka K., Pseudodipolar model of surface magnetostriction for thin layers with roughness, „Materials Science-Poland” 2008, nr 4 (26), s. 1039–1044.
[22] Dupré L., De Wulf M., Makaveev D., Permiakov V., Melkebeek J., Preisach modeling of magnetization and magnetostriction processes in laminated SiFe alloys, „Journal of Applied Physics” 2003, nr 93, s. 6629–6631.
[23] Kaczkowski Z., Materiały piezomagnetyczne i ich zastosowania, Instytut Fizyki PAN, PWN, Warszawa 1978.
[24] Zhu B., Lo C.C.H., Lee S.J., Jiles D.C., Micromagnetic modeling of the effects of stress on magnetic properties, „Journal of Applied Physics” 2001, nr 89, s. 7009–7011.
[25] Jiles D.C., Devine M.K., Recent developments in modeling of the stress derivative of magnetization in ferromagnetic materials, „J. Appl. Phys.” 1994, nr 10 (76), s. 7015–7017.
[26] Szewczyk R., Stress-induced anisotropy and stress dependence of saturation magnetostriction in the Jiles-Atherton-Sablik model of the magnetoelastic Villari effect, „Arch. Metall. Mater.” 2016, nr 61, s. 607–612.
[27] Poole Jr. Ch.P., Encyclopedic dictionary of condensed matter, Elsevier, Amsterdam–New York 2004 (Google Books).
[28] Devine M.K., Stress dependence of the magnetic properties of steels, „Retrospective Theses and Dissertations” 1992, z. 227, Iowa State University Digital Repository.
[29] El Bidweihy H., Burgy C.D., Della Torre E., Wun-Fogle M., Modeling and experimental analysis of magnetostriction in high strength steels, EPJ Web of Conferences 40, 13005 (2013).
[30] Baltzis K.B., The FEMM package: a simple, fast, and accurate open source electromagnetic tool in science and engineering, „Journal of Engineering Science and Technology Review” 2008, nr 1, s. 83–89.
[31] Le H.M., Lee J., Lee S., Shoji T., A simualtions technique of non-destructive testing using magneto-optical film, „E-Journal of Advanced Maintenance – Japan Society of Maintenology” 2011, nr 3, s. 25–38.
[32] Mikolanda T., Košek M., Richter A., 3D magnetic field measurement, visualisation and modelling, Proceedings of the 7th International Conference MEASUREMENT 2009, Smolenice, Slovakia, s. 306–309.
[33] Kiraga K., Szychta E., Three-dimensional model of the railway rail UIC-60 in Flux 3D software, „Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review)” 2010, nr 9.
[34] Lesiak P., Bojarczak P., Przetwarzanie i analiza obrazów w wybranych badaniach defektoskopowych, Monograficzna seria wydawnicza: Biblioteka Problemów Eksploatacji, ITE-PIB, Radom 2012.
[35] Roskosz M., Kryteria oceny w metodzie magnetycznej pamięci metalu, „Przegląd Spawalnictwa” 2012, nr 13, s. 31–34.
[36] Lesiak P. Migdal M., Magnetyczna diagnostyka wad kontaktowo- -naprężeniowych w szynach kolejowych, „Logistyka” 2009, nr 3 CD-CD, materiały konferencyjne: Systemy Transportowe i Bezpieczeństwo w Transporcie – LOGITRANS 2009, Szczyrk, Polska.
[37] Sitarz M., Żurek Z.H., Diagnostyka magnetyczna uszkodzeń powierzchni koła i szyny, „Prace Naukowe Politechniki Radomskiej. Transport” 2003, nr 1 (17), s. 563–566.
[38] Żurek Z.H., Magnetyczno-pomiarowa metoda badania stanu obręczy zestawu kołowego, „Prace Naukowe Politechniki Radomskiej. Transport” 2002, nr 1 (15), s. 555–563.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-55f77052-a5fc-4e55-9e35-a00e895e4c16