ФОРМИРОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ПРОХОДНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ В ДЕТАЛЯХ С РЕЗЬБОЙ
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2018-4-45-56Ключевые слова:
детали с резьбой, электромагнитно-акустический преобразователь, акустическое поле, магнитное поле, плотность вихревых токов, сила АмпераАннотация
В статье предложена модель формирования акустического поля в деталях с резьбой при возбуждении с использованием проходного электромагнитно-акустического преобразователя при варианте расположения витков индуктора на гребнях резьбы. На основании результатов численного моделирования распределения плотности вихревых токов и поля подмагничивания на резьбовой поверхности получено распределение сил Ампера. Предложен подход к расчету акустических полей продольных и поперечных волн, возбуждаемых силами Ампера произвольного направления с использованием теории сосредоточенных источников. Подход основан на принципе суперпозиции диаграмм направленности, формируемых в каждой точке резьбовой поверхности, вертикальной и горизонтальной, компонентами сил Ампера с коэффициентами, пропорциональными произведению плотности тока на поле подмагничивания в данной точке. Выполнены расчеты диаграмм направленности продольных и поперечных волн как в отдельных точках резьбовой поверхности, так и всего гребня резьбы в целом. Выполнено численное моделирование процесса распространения акустических волн в деталях с резьбой в программной среде COMSOL Multiphysics при возбуждении касательными силами, приложенными к вершинам гребней резьбы. Выполнено сравнение акустических полей продольной и поперечной волн, полученных численными и аналитическими методами.Библиографические ссылки
Hirao M., Ogi H. Electromagnetic Acoustic Transducers: Noncontacting Ultrasonic Measurements Using EMATs. Tokyo: Springer Japan, 2017. 380 с.
Сучков Г. М., Мигущенко Р. П., Плеснецов С. Ю. Мощные источники питания высокочастотных преобразователей электромагнитного типа для измерений, контроля и диагностики // Дефектоскопия. 2017. № 12. C. 35-39. [Suchkov G.M., Migushchenko R.P., Plesnetsov S.Yu. Powerful sources for high frequency electromagnetic transducers for measurement, monitoring and diagnostics. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2017. т. 53. № 12. p. 850-855. DOI: 10.1134/S1061830917120063].
Толипов Х. Б. Возможности повышения эффективности бесконтактного излучателя акустических волн // Дефектоскопия. 2017. № 4. C. 71-74. [Tolipov H. B. Possibilities for increasing the efficiency of contactless emitters of acoustic waves. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2017. т. 53. № 4. p. 304-307. DOI: 10.1134/S106183091704009X].
Петров К. В., Соков М. Ю., Муравьева О. В. Влияние конструктивных особенностей проходного электромагнитно-акустического преобразователя на результаты контроля цилиндрических объектов // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. Т. 21. № 2. С. 135-146. DOI: 10.22213/2413-1172-2018-2-135-146.
Злобин Д. В., Муравьёва О. В. Особенности построения аппаратуры электромагнитно-акустической дефектоскопии пруткового проката с использованием стержневых волн // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2012. № 4 (56). C. 99-104.
Аппаратно-программный комплекс контроля прутков зеркально-теневым методом на многократных отражениях / В. А.Стрижак, А. В.Пряхин, Р. Р. Хасанов, А. Б. Ефремов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2017. Т. 60. № 6. С. 565-571. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-6-565-571.
Злобин Д. В., Волкова Л. В. Влияние динамического подмагничивания на эффективность электромагнитно-акустического преобразования при волноводном контроле прутков // Приборы и методы измерений. 2017. Т.8. № 3. С. 236-245. [Zlobin D.V., Volkova L.V. Influence of Dynamic Magnetization to Improve the Efficiency of Electromagnetic-Acoustic Transformation with Waveguide Control Rods. Devices and Methods of Measurements. 2017. т. 8. № 3. с. 236-245. DOI: 10.21122/2220-9506-2017-8-3-236-245].
Муравьев В. В., Злобин Д. В., Платунов А. В. Прибор для исследований акустоупругих характеристик тонких проволок // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2017. Т. 60. № 6. С. 572-577. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-6-572-577.
Uchimoto T, Takagi T, Ichihara T, Dobmann G. Evaluation of fatigue cracks by an angle beam EMAT-ET dual probe // NDT&E International 2015. Vol. 72, pp. 10-16. DOI: 10.1016/j.ndteint.2015.01.001.
Tallafuss P. J., Rosochowski A, Campbell S, Minguez X. Implementing an online bond quality inspection system for cold roll bonded Al/Al-Sn/Al/steel strips using guided wave EMATs // Insight - Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2018. Vol. 60. No. 3. Pp. 145-154. DOI: 10.1784/insi.2018.60.3.145.
Thring C.B., Fan Y., Edwards R.S. Focused Rayleigh wave EMAT for characterization of surface-breaking defects // NDT&E International 2016. Vol. 81. Pp. 20-27. DOI: 10.1016/j.ndteint.2016.03.002.
Xie S., Tian M., Xiao P., Pei C., Chen Z., Takagi T. A hybrid nondestructive testing method of pulsed eddy current testing and electromagnetic acoustic transducer techniques for simultaneous surface and volumetric defects inspection // NDT & E International. 2017. Vol. 86. Pp. 153-163. DOI: 10.1016/j.ndteint.2016.12.006.
Liu T., Pei C., Cheng X., Zhou H., Xiao P., Chen Z. Adhesive debonding inspection with a small EMAT in resonant mode // NDT & E International. 2018. Vol. 98. Pp. 110-116. DOI: 10.1016/j.ndteint.2018.05.005.
Isla J., Cegla F. EMAT phased array: a feasibility study of surface crack detection // Ultrasonics. 2017. Vol. 78. Pp. 1-9. DOI: 10.1016/j.ultras.2017.02.009.
Медведев Д. Д., Смирнов А. Ю. Применение электромагнитно-акустических преобразователей для ультразвукового контроля полуфабрикатов из алюминиевых сплавов // В мире неразрушающего контроля. 2017. Т. 20. № 4. С. 11-13. DOI: 10.12737/article_5a2 fa87b91e001.45979687.
Электромагнитно-акустический метод оценки технического состояния энергетического оборудования / М. Г. Баширов, И. Г. Хуснутдинова, Л. Г. Хуснутдинова, Д. Р. Усманов // Промышленная энергетика. 2016. № 12. С. 8-13.
Оценка остаточных напряжений в рельсах с использованием электромагнитно-акустического способа ввода приема волн / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, В. Е. Громов, А. М. Глезер // Деформация и разрушение материалов. 2015. № 12. С. 34-37. [Murav’ev V.V., Volkova L.V., Gromov V.E., Glezer A.M. Estimation of the residual stresses in rails using electromagnetic-acoustic introduction-reception of waves. Russian metallurgy (Metally). 2016. т. 2016. № 10. с. 992-995. DOI: 10.1134/S003602951610013X].
Электромагнитно-акустический метод исследования напряженно-деформированного состояния рельсов / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, А. В. Платунов, В. А. Куликов // Дефектоскопия. 2016. № 7. С. 12-20. [Murav’ev V.V., Volkova L.V., Platunov A.V., Kulikov V.A. An electromagnetic-acoustic method for studying stress-strain states of rails. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2016. т. 52. № 7. с. 370-376. DOI: 10.1134/S1061830916070044].
Исследования структурного и напряженно-деформированного состояния рельсов текущего производства методом акустоупругости / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, А. В. Платунов, И. В. Булдакова, Л. В. Гущина // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. № 2 (21). С. 13-23. DOI: 10.22213/2413-1172-2018-2-13-23.
Муравьёв В. В., Тапков К. А. Оценка напряженно-деформированного состояния рельсов при изготовлении // Приборы и методы измерений. 2017. Т. 8. № 3. С. 263-270. [Murav'ev V.V., Tapkov K.A. Evaluation of Strain-Stress State of the Rails in the Production. Devices and Methods of Measurements. 2017. т. 8. № 3. с. 236-245. DOI: 10.21122/2220-9506-2017-8-3-263-270].
Муравьева О. В., Зорин В. А. Метод многократной тени при контроле цилиндрических объектов с использованием рэлеевских волн // Дефектоскопия. 2017. № 5. С. 3-9. [Murav’eva O.V., Zorin V.A. The multiple shadow method applied to testing cylindrical objects with Rayleigh waves. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2017. т. 53. № 5. с. 337-342. DOI: 10.1134/S1061830917050059].
Муравьева О. В., Соков М. Ю. Влияние глубины залегания дефекта на параметры многократно-теневого электромагнито-акустического метода контроля прутков // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2016. № 3 (71). С. 46-50.
Муравьев В.В., Муравьева О. В., Петров К. В. Связь механических свойств пруткового проката из стали 40Х со скоростью объемных и рэлеевских волн // Дефектоскопия. 2017. № 8. С. 20-28. [Murav’ev V.V., Murav’eva O.V., Petrov K.V. Connection between the properties of 40kh-steel bar stock and the speed of bulk and rayleigh waves. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2017. т. 53. № 8. с. 560-567. DOI: 10.1134/S1061830917080046].
Muraveva O.V., Muravev V.V., Myshkin Yu.V. Laws of formation of grating lobes in the acoustic field of electromagnetic-acoustic transducers as a linear array of unidirectional conductors // NDT & E International. 2018. т. 93. с. 40-56. DOI: 10.1016/j.ndteint.2017.09.009.
Муравьева О. В., Мышкин А. В. Моделирование акустических полей синфазных электромагнитно-акустических преобразователей // Дефектоскопия. 2013. № 12. С. 69-76. [Murav'eva O.V., Myshkin A.V. Simulation of acoustic fields of synphase electromagnetic-acoustic transducers. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2013. т. 49. № 12. с. 728-734. DOI: 10.1134/S1061830913120061].
Гуревич С. Ю., Петров Ю. В., Голубев Е. В. Характеристики направленности лазерного импульсного термоакустического излучателя в немагнитных металлах // Дефектоскопия. 2017. № 4. С. 22-26. [Gurevich S.Y., Petrov Y.V., Golubev E.V. Directional Characteristics of a Laser Pulsed Thermoacoustic Emitter in Nonmagnetic Metals Russian Journal of Nondestructive Testing. 2017. т. 53. № 4. С. 260-264. DOI: 10.1134/S1061830917040027].
Hill S., Dixon S. Frequency dependent directional of periodic permanent magnet electromagnetic acoustic transducers // NDT&E International. 2014. Vol. 62. Pp. 137-143. DOI: 10.1016/j.ndteint.2013.12.009.
Augustyniak M., Usarek Z. Finite Element Method Applied in Electromagnetic NDTE: A Review // Journal of Nondestructive Evaluation, 2016. Vol. 35. No. 3. P. 39. DOI: 10.1007/s10921-016-0356-6.
Wang S., Li Z., Li P., Liu X., Zhai G. Numerical and experimental evaluation of the receiving performance of meander-line coil EMATs // Nondestructive Testing and Evaluation, 2014. Vol. 29. No. 4. P. 269-282.
Xie Y., Yin W., Liu Z., Peyton A. Simulation of ultrasonic and EMAT arrays using FEM and FDTD // Ultrasonics, 2015. Vol. 66. Pp. 154-165. DOI: 10.1016/j.ultras.2015.10.020.
Буденков Г. А., Недзвецкая О. В. Динамические задачи теории упругости в приложении к проблемам акустического контроля и диагностики. М. : Физматлит, 2004. 136 с.
Там же.
Muraveva O.V., Muravev V.V., Myshkin Yu.V. Laws of formation of grating lobes in the acoustic field of electromagnetic-acoustic transducers as a linear array of unidirectional conductors // NDT & E International. 2018. т. 93. с. 40-56. DOI: 10.1016/j.ndteint.2017.09.009.
Ibid.
Hill S., Dixon S. Frequency dependent directional of periodic permanent magnet electromagnetic acoustic transducers // NDT&E International. 2014. Vol. 62. Pp. 137-143. DOI: 10.1016/j.ndteint.2013.12.009.
Augustyniak M., Usarek Z. Finite Element Method Applied in Electromagnetic NDTE: A Review // Journal of Nondestructive Evaluation, 2016. Vol. 35. No. 3. P. 39. DOI: 10.1007/s10921-016-0356-6.
Wang S., Li Z., Li P., Liu X., Zhai G. Numerical and experimental evaluation of the receiving performance of meander-line coil EMATs // Nondestructive Testing and Evaluation, 2014. Vol. 29. No. 4. P. 269-282.
Xie Y., Yin W., Liu Z., Peyton A. Simulation of ultrasonic and EMAT arrays using FEM and FDTD // Ultrasonics, 2015. Vol. 66. Pp. 154-165. DOI: 10.1016/j.ultras.2015.10.020.
