非破壊検査応用: TEAM problem 15

渦電流探傷試験

非破壊検査 (NDT) は現在、航空宇宙、石油、土木工学、さらに多くの製造およびサービス環境における多くの応用で、安全性と生産品質を確保するために広く使用されています。渦電流探傷試験 (ECT) は、電磁法則を使用して導電性材料の広い表面を効率的に検査するのに役立つ NDT 技術です。結合液の使用や試料との接触は必要ありません。表面および表面下の欠陥検査に加えて、ECT はさまざまな材料特性の決定、腐食の特定などに使用できます。

コンピューター支援設計と解析は、ECT 技術の強化と実装に役立ちます。この例では、EMS の結果はTEAMの問題 15 - 厚いプレートの長方形のスロットで検証されます。

問題の説明と目的[1]

実験的な配置を図 1 に模式的に示します。ここでは、円形の空芯コイルを x 軸に平行に、アルミニウム合金板の長方形のスロットに沿って移動させます。電流周波数とコイル リフトオフは固定され、コイル インピーダンスの変化はコイル位置の関数として測定されます。この実験のパラメーターを表 1 に示します。

目的は、コイル位置の関数として、コイルのインピーダンスの変動を計算することです (プレートの傷のない部分の値と比較)。 EMS の結果は、ベンチマークの結果と比較されます。

表 1 -解析と実験のパラメータ

図 1 -解析された NDT の例の CAD モデル

スタディ

EMSのAC磁場モジュールは、磁束密度、渦電流密度、正弦波励起の損失密度などの結果を計算するために使用されます。 EMS によって得られるその他の結果は、合計渦電流損失、ジュール損失、インピーダンス行列などです。EMSでAC 磁気解析を実行するには、次の 4 つの手順に従う必要があります。

1. 新しい AC磁場スタディを作成する
2. パーツに適切な材料を適用する
3. 適切なコイル (電圧駆動または電流駆動) を適切な励起で適用します。
4. メッシュを作成して解析を実行する

材料

コイルは、最大 57e+7 (S/m) の高い導電率を持つ銅でできており、試料の導電率は 3.06 e+07 (S/m) です。

負荷抑制

表 2 -コイルの特性

この例では対称性が利用されているため、下図に示すように、対称面に関する面の接線磁束を追加する必要があります。

図 2 -適用された接線磁束を示す下見

メッシュ

メッシュの品質は、すべての FEM解析にとって重要です。結果の精度と解析時間は、メッシュ サイズに大きく依存します。 EMSでは、メッシュ調節機能を使用して、固体と表面のメッシュ サイズを調整できます。この例では、コイルを囲む空気領域にメッシュ コントロールが適用されます。亀裂内の空気も細かくメッシュ化されており、最大要素寸法は 0.1 mm です。試料全体が厚すぎて、このような小さな要素サイズでメッシュを作成できません。 SOLIDWORKS フィーチャーを使用して分割することにより、2 つのボディが得られ、上部ボディにメッシュ調節が適用されます (図 3)。

図 3 -メッシュ モデル

EMS結果

EMS によって計算されたコイルのインダクタンスは 214.98 mH です。図4と図5に欠陥の有無によるプレート上の渦電流分布の比較を示します。

図 4 -プレートに傷がある場合の電流密度分布


図 6 -欠陥のないプレートの場合の電流密度分布

インピーダンスの絶対値は、次の式のように計算されます。

ここで、X と R はそれぞれコイルのリアクタンスと抵抗です。

図 6 ～ 9 は、EMS と 、インピーダンスおよび位相変動のベンチマーク結果の比較を示しています。EMS結果は、TEAM 15 の結果と非常によく一致しています。

図 6 -デルタ L 変動の EMS とベンチマークの結果。


図 7 -デルタ R 変動の EMS とベンチマークの結果。


図 8 -インピーダンスの絶対値変動


図 9 -位相変動

結論

EMSのAC磁場モジュールを使用すると、渦電流がコイルのインダクタンスと材料の損失に与える影響を正確に捉えることができるため、さまざまな渦電流探傷試験応用に最適な解析ツールになります。より正確で信頼性の高い表面および表面下の探傷器を効率的に開発するのに役立ちます。 EMS の結果は、TEAM 問題 15 の結果と比較して確認されます。

参考文献

[1]:http://www.compumag.org/jsite/images/stories/TEAM/problem15.pdf