Formation of the Acoustic Field of a Through-Type Electromagnetic Acoustic Transducer in Threaded Parts
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2018-4-45-56Keywords:
threaded parts, electromagnetic acoustic transducer, acoustic field, magnetic field, eddy current density, Ampere’s forceAbstract
The paper proposes a model for the formation of an acoustic field in threaded parts under excitation using an electromagnetic-acoustic transducer in the case of the location of the inductor windings on the thread crest. The distribution of Ampere’s forces is obtained based on the numerical modeling results of the distribution of eddy current density and the bias field on the threaded surface. An approach is proposed for calculating the acoustic fields of longitudinal and transverse waves excited by arbitrary directed Ampere’s forces using the acoustic point source theory based on the superposition principle of directivity patterns generated at each point of the threaded surface by the vertical and horizontal Ampere’s force components with corresponding coefficients proportional to the product of density current on the bias field at this point. The directivity patterns for the longitudinal and transverse waves were obtained both at individual points of the threaded surface and the entire thread crest as a whole. A numerical simulation of the acoustic wave propagation in threaded parts in the software COMSOL Multiphysics has been performed when excited by tangential forces applied to the tops of the thread crests. The comparison of acoustic fields of longitudinal and transverse waves is performed obtained by numerical and analytical methods.References
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.
