A non-destructive method to determine residual stress in drawn wires based on magnetic measurements

• Autorzy: Suliga M. , Borowik L. , Chwastek K. , Pawlik P.

Identyfikatory

DOI

10.12915/pe.2014.12.39

Warianty tytułu

PL

Nieniszczące magnetyczne badanie naprężeń w drutach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Estimation of residual stress in drawn wires is an important issue in contemporary metallurgy. The present paper considers the possibility to use a non-destructive method based on magnetic measurements for this purpose. The Jiles-Atherton-Sablik model is used for the description of hysteresis loop.

PL

Oszacowanie poziomu naprężeń szczątkowych w drutach podczas procesu ich wytwarzania jest istotnym zagadnieniem we współczesnej metalurgii. W niniejszej pracy rozważono możliwość wykorzystania do tego celu metody nieniszczącej, opartej na pomiarach magnetycznych. Model Jilesa-Athertona-Sablika wykorzystano do opisu pętli histerezy magnetycznej.

Słowa kluczowe

EN

hysteresis loop; residual stress; Jiles-Atherton-Sablik model

PL

pętla histerezy magnetycznej; naprężenia szczątkowe; model Jilesa-Athertona-Sablika

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 90, nr 12
• Strony: 161--164
• Opis fizyczny: Bibliogr. 44 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Suliga M.

• Politechnika Częstochowska, Instytut Przeróbki Plastycznej i Inżynierii Bezpieczeństwa, Al. Armii Krajowej 19, 42-201 Częstochowa

autor

Borowik L.

• Politechnika Czestochowska, Instytut Telekomunikacji i Kompatybilności Elektromagnetycznej, Al. Armii Krajowej 17, 42-201 Częstochowa

autor

Chwastek K.

• Politechnika Czestochowska, Instytut Elektroenergetyki, Al. Armii Krajowej 17, 42-201 Częstochowa

autor

Pawlik P.

• Politechnika Czestochowska, Instytut Fizyki, Al. Armii Krajowej 19, 42-201 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Borowik L., Pozyskiwanie wiedzy dla celów diagnostyki wybranych urządzeń elektrotermicznych w eksperymentach biernych (Knowledge acquisition for diagnostics purposes of chosen electrothermal devices in passive experiments – in Polish), Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, Poland (2003).
• [2] Borowik L., W łodarz R., Monitoring i diagnostyka układów chłodzenia transformatorów (Monitoring and diagnostics of transformer cooling systems – in Polish), Przegl. Elektr., Vol. 87, No. 6 (2011), pp. 206-208.
• [3] Borowik L., Ptak P., Diagnostyka zabezpieczeń antykorozyjnych na potrzeby elektroenergetyki (Diagnostics of anticorrosive protections for electroenergetics – in Polish), Przegl. Elektr., Vol. 88, No. 9a (2012), pp. 142-145.
• [4] Borowik L., Kurkowski M., Diagnostyka elektrycznej instalacji oświetleniowej źródłem oszczędności energii (Diagnostics of electric lighting installation as a source of saving energy – in Polish), Rynek Energii, Vol. 98, No. 1 (2012), pp. 96-100.
• [5] Gryś S., Vokorokos L., Borowik L., Size determination of subsurface defect by active thermography - simulation research, Infrared Phys. Techn., Vol. 62 (2014), pp. 147-153.
• [6] Totten G., Howes M., Inoue T. (Eds.), Handbook of residual stress and deformation of steel, ASM International, Materials Park, Ohio (2002).
• [7] Suliga M., Analiza wielostopniowego ciągnienia drutów stalowych z dużymi prędkościami w ciągadłach konwencjonalnych i hydrodynamicznych (Analysis of the multipass steel wire drawing with high speed in conventional and hydrodynamic dies – in Polish), Wydawnictwo Wydziału Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, Poland (2013).
• [8] Wang Z. D., Gu Y., Wang Y. S., A review of three NDT technologies, J. Magn. Magn. Mater., Vol. 324 (2012), pp. 382- 388.
• [9] Vandenbossche L., Magnetic hysteretic characterization of ferromagnetic materials with objectives towards non-destructive evaluation of material degradation, PhD Thesis, Universiteit Gent, Gent, Belgium (2009).
• [10] Jiles D. C., A therton D. L., Ferromagnetic hysteresis, IEEE Trans. Magn., Vol. 19 (1983), pp. 2183-2185.
• [11] Jiles D. C., A therton D. L., Theory of the magnetization process in ferromagnets and its application to the magnetomechanical effect", J. Phys. D., Vol. 17 (1984), pp. 1265-1281.
• [12] Lederer D., Igarashi H., Kost A., Honma T. On the parameter identification and application of the Jiles–Atherton hysteresis model for numerical modeling of measured characteristics, IEEE Trans. Magn., Vol. 35 (1999), pp. 1211- 1214.
• [13] Włodarski Z. The Jiles-Atherton model with variable pinning parameter, IEEE Trans. Magn., Vol. 39 (2003), pp. 1990-1992.
• [14] Miljavec D., Zidarič B. Introducing domain-flexing function in JA model, J. Magn. Magn. Mater., Vol. 320 (2008), pp. 763- 768.
• [15] Gmyrek Zb., Numerical modeling of static hysteresis loop using variable parameters, Int. J. Numer. Model., Vol. 27 (2014), pp. 199-212.
• [16] Szewczyk R., Salach J., Bieńkowski A., Frydrych P., Kolano-Bur ian A., Application of extended Jiles-Atherton model for modeling the magnetic characteristics of Fe41.5C041.5Nb3Cu1B13 alloy in as-quenched and nanocrystalline state, IEEE Trans. Magn., Vol. 48 (2012), pp. 1389-1392.
• [17] Baghel A. P. S., Kulkarni S. V., Hysteresis modeling of the grain-oriented laminations with inclusion of crystalline and textured structure in a modified Jiles-Atherton model, J. Appl. Phys., Vol. 113 (2013), 043908 (5 pp.).
• [18] Messal O., Sixdenier F., Morel L., Burais N., Temperature dependent extension of the Jiles-Atherton model: study of the variation of microstructural hysteresis parameters, IEEE Trans. Magn., Vol. 48 (2012), pp. 2567-2572.
• [19] Górecki K., Rogalska M., Zarębski J., Detka K., Modelling characteristics of ferromagnetic cores with the influence of temperature", J. Phys. Conf. Ser., Vol. 494 (2014), 012016 (7 pp.).
• [20] Chwastek K., Problems in descriptions of hysteresis, Przegl. Elektr., Vol. 4 (2010), pp. 24-27.
• [21] Zirka S. E., Moroz Yu. I., Harrison R. G., Chwas tek K., On physical aspects of the Jiles-Atherton hysteresis models, J. Appl. Phys., Vol. 112 (2012), 043916 (7 pp.)
• [22] Szewc zyk R., Computational problems connected with Jiles- Atherton model of magnetic hysteresis, chapter in: Recent Advances in Automation, Robotics and Measuring Techniques, series Advances in Intelligent Systems and Computing 267 (2014) 275-283, Springer-Verlag
• [23] Chwastek K., Szczygłowski J., Estimation methods for the Jiles-Atherton model parameters - a review, Przegl, Elektr., Vol. 12, (2008), pp. 145-148.
• [24] Naghizadeh R.-A., Vahidi B., Hosseinian S. H., Parameter identification of Jiles-Atherton model using SFLA, COMPEL, Vol. 31 (2012), pp. 1293-1309.
• [25]Vaseghi B., Mathekga D., Rahman S. A., Knight A., Parameter optimization and study of inverse J-A hysteresis model, IEEE Trans. Magn., Vol. 49 (2013), pp. 1637-1640.
• [26] Coelho L. D. S., Guerra F. A., Batistela N. J., Leite J. V. Multiobjective Cuckoo Search algorithm based on Duffing's oscillator applied to Jiles-Atherton vector hysteresis parameters estimation, IEEE Trans. Magn., Vol. 49 (2013), pp.1745-1748.
• [27] Azzaoui S., Srairi K., Benbouzid M. E. H. Neuro-genetic optimization of magnetic hysteresis integrates in electromagnetic systems, Mediterrean J. Meas. Control, Vol. 9, (2013), pp. 118-126.
• [28] Sablik M. J., Kwun H., Burkhardt G. L., Ji es D. C., Model for the effect of tensile and compressive stress on ferromagnetic hysteresis, J. Appl. Phys., Vol. 61, No. 8 (1987), pp. 3799-3801.
• [29] Sablik M. J., Jiles D. C., Coupled magnetoelastic theory of magnetic and magnetostrictive hysteresis, IEEE Trans. Magn., Vol. 29, No. 3, (1993), pp. 2113-2123.
• [30] Belahcen A., Magnetoelasticity, magnetic forces and magnetostriction in electric machines, PhD Thesis, Helsinki University of Technology, Espoo, Finland (2004).
• [31] Permiakov V., 1D and 2D magnetization in electrical steels under uniaxial stress, PhD Thesis, Universiteit Gent, Gent, Belgium (2005).
• [32] Chwastek K., Szczygłowski J., An alternative method to estimate the parameters of Jiles-Atherton model, J. Magn. Magn. Mater., Vol. 314 (2007), pp. 47-51.
• [33] Jiles D. C., Thoelke J. B., Devine M. K., Numerical determination of hysteresis parameters for the modelling of magnetic properties using the theory of ferromagnetic hysteresis, IEEE Trans. Magn., Vol. 28, (1992), pp. 27-35.
• [34] Makar J. M., Tanner B. K., The effect of plastic deformation and residual stress on the permeability and magnetostriction of steels, J. Magn. Magn. Mater., Vol. 222 (2000), pp. 291-304.
• [35] Li L., Jiles D. C., Lo C. C. H., An improved model description of the effects of stress on ferromagnetic materials, a chapter in "Review of quantitative non-destructive evaluation, D. O. Thompson, D. E. Chimenti (Eds.), Colorado, Vol. CP760, pp. 1394-1399, 2005.
• [36] Suliga M., The influence of the multipass drawing process in classical and hydrodynamical dies on residual stresses of high carbon steel wires, Arch. Metal. Mater., Vol. 56 (2011), pp. 939-944.
• [37] Roskosz M., Bieniek M., Analysis of the universality of the residual stress evaluation method based on residual magnetic field measurements, NDT E Int., Vol. 54 (2013), pp. 63-68.
• [38] Chwastek K., Modelling of dynamic hysteresis loops using the Jiles-Atherton approach, Math. Comp. Model. Dyn. Syst., Vol. 15, (2009), pp. 95-105.
• [39] Jiles D. C., Theory of the magnetomechanical effect, J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 28, (1995), pp. 1537-1546.
• [40] Wang Tian-Zhong, Zhou You-He, A nonlinear transient constitutive model with eddy current effects for giant magnetostrictive materials, J. Appl. Phys., Vol. 108, (2010), 123905 (9 pp.).
• [41] Villari E., Change of magnetization by tension and by electric current, Ann. Phys. Chem., Vol. 126, (1865), pp. 87- 122.
• [42] Stevens K. J., Stress dependence of ferromagnetic hysteresis for two grades of steel, NDT&E Int., Vol. 33 (2000), pp. 111-121.
• [43] Valadkan S., Morris K., Shum A., A new load-dependent hysteresis model for magnetostrictive materials, Smart Mater. Struct., Vol. 19 (2010), 125003 (10 pp.)
• [44] Prigoz y S., PSPICE computer modelling of hysteresis effects, IEEE Trans. Educat., Vol. 36 (1993), pp. 2-5.