Streszczenia / Abstracts 13/ 2012

Transkrypt

1 Justyna Szlagowska-Spychalska Krzysztof Dragan Wojciech Spychalski Dominik Kukla Krzysztof J. Kurzydłowski Diagnozowanie konstrukcji lotniczych metodą prądów wirowych i metody modelowania sygnałów elektromagnetycznych The inspection of the aerospace structures with the eddy current method and electromagnetic signal modeling Przedmiotem artykułu jest opracowanie nowych procedur wykrywania uszkodzeń w konstrukcjach lotniczych. Klasyczne podejście jest oparte na optymalizacji parametrów badania takich jak: częstotliwość oraz rozmiar i typ sondy. Jednakże wykrycie i charakterystyka występujących uszkodzeń jest trudne chociażby ze względu na budowę badanej struktury (np. występowanie rożnego rodzaju wzmocnień), czy też na istnienie całej gamy różnych uszkodzeń (może występować np. korozja w połączeniach między warstwowych, korozja ukryta, pęknięcia zmęczeniowe, itp.). Dlatego postanowiono opracować metodę badawczą, usprawniającą proces diagnostyczny, opartą na połączeniu metody eksperymentalnej prądów wirowych z symulacjami numerycznymi bazującymi na metodzie elementów skończonych (MES). Metoda ta pozwala na modelowanie sygnałów elektromagnetycznych oraz symulację rozkładu pól elektromagnetycznych w badanym materiale. Wyniki uzyskane dzięki zbudowanym w programie ANSYS układom sondapróbka, w połączeniu z badaniami eksperymentalnymi, pozwolą w przyszłości na opracowanie narzędzia, które będzie wykorzystywane do przygotowywania procesu pomiarowo-diagnostycznego. Słowa kluczowe: prądy wirowe, konstrukcje lotnicze, modelowanie, sygnały elektromagnetyczne In the article a novel approach for the damage detection of the aerospace structures is presented. The classical approach take into the consideration the optimalization of the inspection parameters such as frequency, size of the probe and potential probe type. Due to P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 1

2 the influence of substructural elements such as reinforcements, different types of damages and damages overlapping (such as bottom of the top layer corrosion and the top of the bottom layer corrosion in multilayer structures) the damage characterization may be difficult. The article presents approach for the inspection based on the description of the electromagnetic signal distribution in the inspected materials using the numerical models based on the ANSYS software. Then the signal interaction with the structure will be presented and in the future works correlated with the measurements based on the eddy current and appropriate signal processing techniques. Keywords: eddy current method, electromagnetic signals, modeling, aerospace structures P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 2

3 Dominik Kukla Paweł Grzywna Andrzej Zagórski Ocena rozwoju degradacji zmęczeniowej stali P91 na podstawie zmian kąta fazowego sygnału prądowirowego Evaluation of fatigue degradation in the P91 steel based on changes eddy current phase angle signal Badania dotyczyły oceny możliwości monitorowania rozwoju degradacji stali P91 pod wpływem zmiennych obciążeń cyklicznych, na podstawie zmian wartości kąta fazowego sygnału prądowirowego mierzonej w kolejnych cyklach zmęczeniowych. Na podstawie badań zależności wartości kąta fazowego sygnału prądowirowego od stanu naprężeń (rozciągających i ściskających) w próbce poddanej obciążeniem zmęczeniowym stwierdzono niemal liniowy wpływ wielkości i kierunku naprężenia na ten parametr. Badania w zakresie oceny stopnia uszkodzenia zmęczeniowego próbek realizowano podczas zatrzymania prób zmęczeniowych po określonej liczbie cykli, przy zerowej sile obciążenia, w kilku miejscach, wzdłuż osi głównej próbki. Na tej podstawie możliwa była lokalizacja miejsc rozwoju uszkodzeń zmęczeniowych przed powstaniem pęknięcia. Słowa kluczowe: zużycie zmęczeniowe, prądy wirowe, stal P91, sygnały prądowirowe The investigations concerned the possibility of monitoring the degradation of P91 steel during cyclic loading, based on the changes in phase angle of eddy current signal measured at successive fatigue cycles. The investigations of the influence of the stress state (compressive and tensile) in the sample on the values of phase angle evidence almost linear dependence of this parameter and the value and direction of the stress. The estimation of the fatigue failure degree of the samples was realized after specified number of cycles. The measurements were performed in several points along the principal axis of the sample. Based on this investigations, it was possible to detect the zones in which the fatigue failure were evolved, before fracture occurred. Keywords: fatigue failure, P91 steel, eddy current method, phase angle signal P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 3

4 Tomasz Babul Sylwester Jończyk Wybrane aspekty badania kół zębatych metodą prądów wirowych Some aspects of application eddy current method for the gear wheels control IMP prowadzi od wielu lat prace z zakresu strukturoskopii, defektoskopii i oznaczania naprężeń. W artykule przedstawiono analizę wyników badań kół zębatych metodą prądów wirowych z uwzględnieniem głębokości wnikania. Celem pracy było przede wszystkim sprawdzenie wykrywalności pęknięć i możliwości oceny stanu naprężeń w wieńcach kół zębatych po procesie hartowania indukcyjnego. Pomiary wykonywano miernikiem Wirotest 302 oraz sondami specjalistycznymi opracowanymi w IMP do badań kół zębatych. Pomiary wykonywano na kołach ze sztucznymi nacięciami i bez nacięć. Słowa kluczowe: prądy wirowe, koło zębate, pęknięcia, stan naprężeń For many years IMP has been conducting works in the field of structuroscopy, defectoscopy and stress indication. This paper presents the results of the examination of gear wheels using the eddy current method. The purpose of these works was to develop a method of detecting cracks and imperfections of the structure and stresses. Measurements were carried out with the Wirotest 302 measure and specialized probes with different frequency (and different depth of penetration) developed in IMP for examination of gear wheels. The gear wheels with and without artificial defects were used. Keywords: eddy current method, gear wheel, cracks, stress strain P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 4

5 Lech Dietrich Paweł Grzywna Dominik Kukla Wykorzystanie metod optycznych do lokalizacji uszkodzeń zmęczeniowych Utilization of optic methods for fatigue failure location Monitorowanie zjawisk związanych ze zmęczeniem materiałów jako procesu inicjowanego lokalnie wymaga całopolowych obserwacji deformacji zachodzących pod wpływem obciążeń zmęczeniowych. Metoda elektronicznej interferometrii plamkowej (ESPI) pozwala z dużą precyzją (przy zachowaniu stabilności układu pomiarowego) określić rozkład odkształceń na powierzchni próbki i tym samym wskazać miejsca koncentracji naprężeń wywołanych karbem (strukturalnym, geometrycznym). Możliwa jest także ocena rozwoju tych deformacji w kolejnych cyklach zmęczenia aż do utworzenia pęknięcia i dekohezji próbki. Bieżący pomiar odkształceń w strefie ich lokalizacji pozwala na ilościową ocenę dynamiki rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego w badanym materiale. Słowa kluczowe: uszkodzenia zmęczeniowe, odkształcenia, naprężenia, metody optyczne Monitoring the phenomena related to the materials fatigue as the process initiated locally requires the full-field observations of the displacement brought about by the fatigue strain. The Electronic Speckle Pattern Interferometry method enables to determine the distribution of displacement on the sample surface (retaining the stability of the measurement arrangement) and thus indicate the strain and also the stress concentration spots resulting from the defect (structural, geometrical one). It is also possible to assess the development of those distortions in consecutive fatigue cycles until the crack is formed and the sample decohesion takes place. The current measurement of displacements in their location zone enables to carry out a quantitative assessment of the fatigue failure development dynamics in the material evaluated. Keywords: fatigue failure, displacement, stress concentration, optic methods P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 5

6 Marcin Lewandowski Nowa architektura i możliwości przetwarzania sygnałów w systemach defektoskopowych New architecture and possibilities of signal processing in ultrasonic flaw detectors Prowadzone w IPPT PAN prace mające na celu opracowanie uniwersalnych wielokanałowych systemów ultradźwiękowych do zastosowań medycznych i przemysłowych zaowocowały zaproponowaniem nowych architektur komunikacji i przetwarzania cyfrowego sygnałów w oparciu o procesory wielordzeniowe oraz procesory graficzne (GPU). Opracowana architektura systemów jest skalowalna ze względu na liczbę kanałów i może być zastosowana do systemów jedno- i wielokanałowych. W artykule przedstawiono funkcje i metody realizacji przetwarzania w defektoskopach z analogowym i cyfrowym torem przetwarzania sygnałów. Wskazano na ograniczenia obecnych systemów oraz przedstawiono nową architekturę, która pozwala na pełną programowalność toru przetwarzania. Pokazano przykładowe metody i algorytmy przetwarzania, których implementacja może przyczynić się do znacznego zwiększenia funkcjonalności urządzeń defektoskopowych zbudowanych w oparciu o nową architekturę. Słowa kluczowe: defektoskop, algorytmy przetwarzania, badania nieniszczące The research conducted in IPPT PAN to develop the versatile multi-channel ultrasound systems for medical and industrial applications resulted in an offer of new architecture of communication and digital signal processing based on multi-core processors and graphics processors (GPU). The developed architecture of the systems is scalable on account of the number of channels, thus it can be applied to single channel systems as well as the multichannel systems. The paper presents functions and methods of implementation of the processing in flaw detectors with analog and digital signal processing circuits. The limitations of current systems have been pointed out. The new architecture that provides full programmability of processing path has been presented. The exemplary methods and processing algorithms, whose implementation can contribute to a significant increase of functionality of flaw detector devices that will be built based on the new architecture, have been shown. Keywords: processing algorithms, ultrasonic flaw detectors, non-destructive testing P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 6

7 Leszek Piotrowski Bolesław Augustyniak Marek Chmielewski Stan rozwoju metody diagnozowania materiałów z wykorzystaniem efektu emisji magnetoakustycznej Recent development in material state evaluation with the use of magnetoacoustic emission effect measurements Zjawisko emisji magnetoakustycznej polega na generacji dźwięku na skutek ruchu granic domenowych (nie 180º) w materiałach o niezerowej magnetostrykcji. Zaprezentowano aktualny stan wiedzy odnośnie do możliwości zastosowania efektu emisji magnetoakustycznej (EMA) do diagnozowania, w sposób nieniszczący, stanu materiałów konstrukcyjnych. Omówiono problemy związane z metodyką pomiaru, ze szczególnym uwzględnieniem pomiarów w warunkach przemysłowych oraz przedstawiono metody umożliwiające uzyskanie użytecznych sygnałów w tych warunkach. Przedstawiono szerokie spektrum możliwych zastosowań pomiarów natężenia sygnału EMA: badanie stopnia degradacji materiałów eksploatowanych w energetyce, diagnozowanie stopnia deformacji plastycznej, ocenę jakości obróbki cieplnej oraz możliwość analizy zmian struktury domenowej w stalach elektrotechnicznych wywołanych naprężeniami. Słowa kluczowe: diagnozowanie, emisja magnetoakustyczna, materiały konstrukcyjne Magnetoacoustic emission signal is generated by the movement of non 180º domain walls in materials with non-zero magnetostriction. The paper presents the up to date state of knowledge concerning the possibility of application of the magnetoacoustic emission (MAE) for diagnosing, in a nondestructive way, the state of engineering materials. The paper discusses the possible complications connected with the measurements with special attention paid to measurements in the industrial environment. It also presents the methods enabling reliable measurements in such conditions. The wide range of possible application of the MAE signal measurements is discussed: monitoring of the degradation processes in the materials exploited in power plants, determination of the plastic deformation level, heat treatment quality assessment and in addition to that the possibility to analyze the changes in the magnetic domain structure in electrical steels resulting from elastic stresses application. Keywords: magnetoacoustic emission, material state evaluation, engineering materials P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 7

8 Maciej Roskosz Kryteria oceny w metodzie magnetycznej pamięci metalu Assessment criteria in the metal magnetic memory testing W metodzie magnetycznej pamięci metalu MPM ocenę stopnia koncentracji naprężeń prowadzi się wykorzystując wartości gradientów składowych własnego magnetycznego pola rozproszenia WMPR. Aby ocenić stan tworzywa, lokalną, maksymalną wartość gradientu odnosi się do wartości średniej w elemencie i porównuje się ją z wartością graniczną. W artykule wykazano niepoprawność proponowanego w metodologii metody sposobu określenia kryteriów ilościowych wartości granicznych, na podstawie właściwości wytrzymałościowych tworzywa. Stwierdzono, że przy opracowywaniu kryteriów oceny należy oprócz tworzywa elementu uwzględniać jego geometrię, wartości zewnętrznego pola magnetycznego, jak również orientację elementu w tym polu. Słowa kluczowe: pamięć metalu, metoda magnetyczna, koncentracja naprężeń In the metal magnetic memory (MMM) testing the assessment of the level of stress concentration is carried out using the values of the gradients of the residual magnetic field (RMF) components. In order to assess the state of the material, the local maximum gradient value is referred to the average value in the component and compared to the boundary value. It is shown that the way proposed in the testing methodology to determine the quantitative criteria the boundary values based on the mechanical properties of the material is incorrect. It is found that the component material itself is not the only factor that has to be taken into account while developing the assessment criteria. Its geometry, the values of the external magnetic field, together with the component orientation in this field, have to be considered as well. Keywords: metal magnetic memory, stress concentration, magnetic method P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 8

9 Maciej Roskosz Krzysztof Fryczowski Porównanie szumu Barkhausena i własnego magnetycznego pola rozproszenia w odkształconych plastycznie próbkach ze stali S235 i P265GH A comparison of Barkhausen noise and the residual magnetic field in plastically deformed samples made of S235 and P265GH steel Zmiany stanu wytężenia, struktury i temperatury tworzywa ferromagnetycznego wpływają na zmiany stanu równowagi energetycznej na poziomie atomowym, skutkując zmianami makroskopowych właściwości magnetycznych i elektrycznych. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów szumu Barkhausena i własnego magnetycznego pola rozproszenia WMPR w próbkach odkształconych plastycznie. Porównano rozkłady wielkości ilościowo opisujących szum Barkhausena i WMPR. Stwierdzono, że zróżnicowanie stopnia deformacji plastycznej dobrze oddają energia szumu Barkhausena EBN, liczba zliczeń NBN oraz gradienty składowych WMPR. Czułość tych sygnałów diagnostycznych jest zbliżona. Możliwe jest opracowanie ilościowych relacji diagnostycznych służących do oceny stopnia deformacji na podstawie ww. wielkości. Opracowanie rzetelnych relacji diagnostycznych wymaga rozwiązania szeregu problemów metrologicznych. Są one związane z wpływem kształtu i wielkości elementu, stanem warstwy wierzchniej, struktury oraz ogólnego stanu namagnesowania. Słowa kluczowe: szumy Barkhausena, stale, odkształcenie plastyczne Changes in the stress state, structure and temperature of a ferromagnetic material result in changes in the balance of energy at the atomic level, causing variations in macroscopic magnetic and electrical properties. The paper presents the results of measurements of Barkhausen noise and of the residual magnetic field (RMF) in plastically deformed samples. A comparison is made of the distributions of values which describe Barkhausen noise and the RMF quantitatively. It is found that the differences in the degree of plastic deformation are well reflected by the energy of Barkhausen noise EBN, the number of counts NBN and the gradients of the RMF components. The sensitivity of these diagnostic signals is similar. It is possible to develop quantitative diagnostic relations that could be used to assess the degree of plastic deformation based on the values mentioned above. The development of reliable diagnostic relationships requires a solution to a series of metrological problems which are P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 9

10 related to the impact of the shape and size of the component, to the state of the surface layer, the structure and to the overall state of magnetisation. Keywords: Barkhausen noise, steels, plastic deformation P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 10

11 Bolesław Augustyniak Magnetyczne metody diagnozowania stali napromieniowanych neutronami Magnetic methods of evaluation of neutron irradiated steels state Opracowanie zawiera syntetyczną informację o stanie badań dotyczących rozwoju magnetycznych nieniszczących metod diagnozowania materiałów poddanych działaniu promieniowania neutronowego. We wstępie podane zostały podstawowe informacje o skutkach napromieniowania stali oraz o próbie Charpy ego. Opisano cztery metody magnetycznego badania próbek stosowanych do testów Charpy ego: metodę pomiaru kolejnych pętli histerezy, metodę adaptacyjnego doboru warunków magnesowania, metodę pomiaru efektu Barkhausena oraz metodę jednoczesnego badania kilku wielkości magnetycznych. Dla każdej metody podano przykład jej zastosowania. Słowa kluczowe: metoda magnetyczna, efekt Barkhausena, napromieniowanie neutronami Paper provides synthetic information about actual state of works on magnetic nondestructive methods proposed for evaluation of microstructure state of steels irradiated with neutrons. Introduction contains basic information about impact of neutrons on steel microstructure and about the Charpy s test. Than four following methods are presented: minor loops method, magnetic adaptive test method (MAT), Barkhausen effect method and Micromagnetic Multiparameter Microstructure Analysis (3MA) method. Keywords: Barkhausen effect, magnetic method, neutrons irradiated P R Z E G L Ą D S P A W A L N I C T W A 1 3 / Strona 11