Kontrola parametrów obwodu wymuszającego w quasi-statycznych magnetycznych badaniach nieniszczących stali, cz. I: Model analityczny i 2D

• Autorzy: Augustyniak M. , Usarek Z.

Warianty tytułu

EN

Control of magnetic circuit parameters in quasi-static magnetic non-destructive testing, part I: Analytical and 2-D model

• Konferencja: Zastosowanie komputerów w nauce i technice 2014 (XXIV; 2014; Gdańsk, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowane zostało dwuwymiarowe modelowanie Metodą Elementów Skończonych (MES) układu do badań nieniszczących (ang. non-destructive testing, w skrócie NDT), składającego się z elektromagnesu jarzmowego i płyty ferromagnetycznej magnesowanej w sposób quasi-statyczny. Wykazane zostały ograniczenia stosowalności opartych na równaniach Maxwella obliczeń analitycznych 1D, które przynoszą zadowalające wyniki jedynie w zakresie liniowym. Choć model 2D umożliwia wyjście poza zakres liniowy, to uwzględnienie nieliniowości krzywej magnesowania B(H) w modelu numerycznym utrudnia, niekiedy w sposób znaczący, osiągnięcie zbieżności obliczeń. Zaproponowano strategie pokonywania wspomnianego problemu, m.in. za pomocą doboru pod-kroku obliczeniowego, eliminacji osobliwości, a także zadbania o ciągłość funkcji B(H) oraz jej pochodnej. Przedstawiono także rozwiązanie praktycznego problemu generacji właściwej funkcji na podstawie inżynierskich parametrów takich jak względna początkowa przenikalność magnetyczna oraz umowny poziom nasycenia. Praca stanowi punkt wyjścia do obliczeń statycznych 3D oraz analizy magnesowania polem zmiennym.

EN

2-D modeling of a non-destructive testing (NDT) set-up using finite element method (FEM) is presented. The set-up consists of a yoke and a ferromagnetic steel plate which is magnetized in quasi-static manner. Applicability limitations of 1D analytical calculations, which are based on Maxwell equations, have been reported. The 2-D model enables taking into account nonlinearity of a B(H) curve. However, presence of the nonlinearity makes it difficult to obtain a numerical solution of the model. Some strategies of solving this problem have been presented, among them: calculation sub-steps, elimination of singularity, providing continuity of B(H) curve and its first derivative. A problem of generation the right curve based on engineering parameters such as initial magnetic permeability or saturation level has been solved. This paper is the starting point for further 3-D and harmonic analysis.

Słowa kluczowe

PL

badania nieniszczące; metoda elementów; skończonych

EN

non-destructive testing; finite element method

• Wydawca: Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Rocznik: 2014
• Tom: Nr 40
• Strony: 17--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., fot., wykr.

Twórcy

autor

Augustyniak M.

• Politechnika Gdańska, ul . G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk tel: [phone]

autor

Usarek Z.

• Politechnika Gdańska, ul . G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk tel: [phone]

Bibliografia

• 1. M. Augustyniak, B. Augustyniak, M. Sablik, W. Sadowski: The Finite Element Method (FEM) simulation of the space and time distribution and frequency dependence of the magnetic field and MAE, IEEE Transactions on Magnetics, VOL. 43, No. 6, June 2007
• 2. M. Augustyniak, B.Augustyniak, L. Piotrowski, M.Chmielewski: Evaluation by means of magnetoacoustic emission and Barkhausen effect of time and space distribution of magnetic flux density in ferromagnetic plate magnetised by a C-core, J. Magn. Magn. Mater., 304 (2006), p.552–554
• 3. M. Augustyniak, B. Augustyniak, M. Chmielewski, W. Sadowski: Numerical evaluation of spatial time-varying magnetisation of ferritic tubes excited with a -core magnet, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 320 (2008) e1053–e1056
• 4. Z. Usarek, B. Augustyniak, M. Augustyniak, M. Chmielewski: Influence of Plastic Deformation on Stray Magnetic Field Distribution of Soft Magnetic Steel sample, IEEE Transactions on Magnetics, Volume 50, Issue 4
• 5. M. Katoh, N. Masumoto, K. Nishio and T. Yamaguchi: Modeling of the yoke-magnetization in MFL-testing by finite elements, NDT & E Int. 36 (2003) p. 479-486
• 6. Chai Xiuli; Zeng Dechang; Liu Guixiong: Study on Simulation and Experiment of the Magnetizer in Magnetic Flux Leakage Testing, Mechatronics and Automation, 2007. ICMA 2007, pp.3083,3087, 5-8 Aug. 2007
• 7. O. Stupakov, I. Tomas, J. Kadlecova: Optimization of single-yoke magnetic testing by surface fields measurement, Journal of Applied Physics D: Applied
• Physics 39 (2006) 248-254
• 8. M. Katoh, K. Nishio and T. Yamaguchi: FEM study on the influence of air gap and specimen thickness on the detectability of flaw in the yoke method, NDT&E Int. 33 (2000) p. 333-339
• 9. G.S. Park, E.S. Park: Improvement of the Sensor System in Magnetic Flux Leakage-Type Nondestructive Testing (NDT), IEEE Trans Magn 38 (2002) 1277-1280
• 10. R.M. Bozorth: Ferromagnetism, Wiley 1993
• 11. E.S. Gorkunov: Magnetic Behavior of Plain Carbon Steels as A Function of Applied Stress and Strain Conditions, Conf. Proceedings ECNDT 2006
• 12. Biblioteka materiałów programu MAXWELL-2D Student Version
• 13. M. Augustyniak: Analiza namagnesowania w badaniach technicznych materiałów ferromagnetycznych, Praca doktorska, Politechnika Gdańska, 2007
• 14. T. McLyman: High Reliability Magnetic Devices: Design & Fabrication, CRC Press 2002
• 15. F.I. Al-Naemi, J.P. Hall, A.J. Moses: FEM modelling techniques of magnetic flux leakage-type NDT for ferromagnetic plate inspections, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 304 (2006) e790–e793
• 16. J. R. Brauer: Magnetic Actuators and Sensors, Second Edition. Appendix B: Nonlinear B-H Curves, Ed. John Wiley & Sons, 2014
• 17. ANSYS 13.0 Documentation Manual, Chapter: Material Models.