|
DOI: 10.14489/td.2026.08.pp.061-070
Соколов Р. А., Муратов К. Р., Проботюк В. В., Шулдикова Н. С.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЛУБИНЫ ДЕФЕКТА И МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА НА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ
(с. 61-70)
Аннотация. Метод рассеяния магнитного потока (MFL) широко применяется для диагностики ферромагнитных объектов, однако его индикаторный характер и нелинейная зависимость магнитной проницаемости материала от напряженности поля осложняют интерпретацию данных. Предложена методика учета влияния магнитной проницаемости объекта на величину магнитного поля рассеяния, возникающего над дефектом. Представленные результаты получены численным моделированием с использованием метода конечных элементов в программной среде Elcut. Проведенные исследования демонстрируют возможность применения корректирующих алгоритмов для определения глубины дефектов на основе априорной информации о магнитной проницаемости контролируемого материала. Результаты моделирования демонстрируют, что учет нелинейной зависимости μ(H) приводит к существенному снижению погрешности определения магнитной индукции по сравнению с линейной моделью (μ = const). Эффект наиболее выражен для материалов с низкой магнитной проницаемостью: при μОК = 25 максимальная погрешность определения Bτ на границе металл‒дефект достигает 230 %, тогда как для μОК = 200 она не превышает 3 %. Для материалов с μОК > 100 предложенный подход позволяет снизить погрешность оценки глубины дефекта приблизительно на 7 %. Эффект носит количественный характер и требует экспериментальной проверки и расширения диапазона параметров для подтверждения применимости к реальным объектам контроля.
Ключевые слова: моделирование, метод конечных элементов, дефект, магнитная проницаемость, магнитная индукция, метод рассеяния магнитного потока.
Sokolov R. F., Muratov K. R., Probotyuk V. V., Shuldikova N. C.
NUMERICAL MODELING OF THE INFLUENCE OF DEFECT DEPTH AND MAGNETIC PERMEABILITY OF THE MATERIAL ON THE DISTRIBUTION OF MAGNETIC FIELD COMPONENTS ON THE SURFACE OF THE INSPECTION OBJECT
(pp. 61-70)
Abstract. The method of magnetic flux scattering (MFL) is widely used for diagnostics of ferromagnetic objects, but its indicative character and nonlinear dependence of the magnetic permeability of the material on the field strength complicate data interpretation. In this paper we propose a method of taking into account the influence of the magnetic permeability of the object on the magnitude of the magnetic scattering field appearing above the defect. The results presented in the paper are obtained by numerical modelling using the finite element method in the Elcut software environment. The studies demonstrate the possibility of using corrective algorithms to determine the depth of defects on the basis of a priori information about the magnetic permeability of the controlled material. The simulation results demonstrate that accounting for the nonlinear dependence μ(H) leads to a significant reduction in the error of determining magnetic induction compared to the linear model (μ = const). The effect is most pronounced for materials with low magnetic permeability: at μok = 25, the maximum error in determining Bτ at the metal-defect boundary reaches 230 %, whereas for μok = 200, it does not exceed 3 %. For materials with μok > 100, the proposed method reduces the error in estimating defect depth by approximately 7 %. The effect is quantitative in nature and requires experimental verification and an expansion of the parameter range to confirm its applicability to real test objects.
Keywords: modelling, finite element method, defect, magnetic permeability, magnetic induction, magnetic flux dissipation method.
Р. А. Соколов (Тюменский индустриальный университет; ООО «А-С», Тюмень, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
К. Р. Муратов, В. В. Проботюк, Н. С. Шулдикова (Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
R. F. Sokolov (Tyumen Industrial University, Tyumen, Russia, Argumentum-Stroy LLC, Tyumen, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
K. R. Muratov, V. V. Probotyuk, N. C. Shuldikova (Tyumen Industrial University, Tyumen, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Большакова В. В., Кукин Н. А., Дымкин Г. Я. О возможности применения магнитных методов неразрушающего контроля для оценки напряженно-деформированного состояния трубопроводов // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2014. № 38. С. 92 ‒ 98.
2. Слесарев Д. А., Абакумов А. А. Обработка и предоставление информации в MFL-методе неразрушающего контроля // Дефектоскопия. 2013. № 9. С. 3 ‒ 9.
3. Канайкин В. А. Внутритрубная магнитная дефектоскопия магистральных трубопроводов / под ред. А. Ф. Матвиенко. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 307 с.
4. Кротов Л. Н. Реконструкция границы раздела сред по пространственному распределению магнитного поля рассеяния. II. Постановка и метод решения обратной геометрической задачи магнитостатики // Дефектоскопия. 2004. № 6. С. 36 ‒ 44.
5. Гобов Ю. Л., Никитин А. В., Попов С. Э. Решение обратной геометрической задачи магнитостатики для дефектов коррозии с учетом нелинейных свойств ферромагнетика // Дефектоскопия. 2018. № 12. С. 30 ‒ 34.
6. Nikitin A. V., Mikhaylov A. V., Gobov Yu. L., Popov S. E. Determination of the Surface of Defect Location and Restoration of Its Geometric Parameters by the MFL Method with One-Sided Access to the Ferromagnetic Plate // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2021. V. 6. P. 45 ‒ 53.
7. Specifications and Requirements for in-Line Inspection of Pipelines. 2016. URL: https://pipelineoperators.org/
8. Никитин А. В., Михайлов А. В., Михайлов Л. В. и др. Определение границ области применимости методики решения обратной геометрической задачи магнитостатики методом построения магнитных линий в зоне дефекта // Физические методы неразрушающего контроля (Янусовские чтения): тезисы докладов XXXIV Уральской конференции с международным участием. Екатеринбург, 2023. С. 38 ‒ 39.
9. Shi Yan, Zhang Chao, Li Rui, et al. Theory and Application of Magnetic Flux Leakage Pipeline Detection // Sensors (Basel). 2015. V. 15, No. 12. P. 31036 ‒ 31055.
10. Дякин В. В., Кудряшова О. В., Раевский В. Я. Поле рассеяния пластины с поверхностным дефектом в однородном внешнем поле // Дефектоскопия. 2018. № 12. С. 23 ‒ 31.
11. Гобов Ю. Л., Никитин А. В., Попов С. Э. Решение обратной геометрической задачи магнитостатики для дефектов коррозии // Дефектоскопия. 2018. № 10. С. 51 ‒ 57.
12. Никитин А. В., Михайлов А. В., Петров А. С., Попов С. Э. Методика практического восстановления параметров формы поверхностных двухмерных дефектов с учетом нелинейных свойств ферромагнетика // Дефектоскопия. 2021. № 12. С. 46 ‒ 55.
13. Никитин А. В., Гобов Ю. Л., Михайлов А. В., Михайлов Л. В. Методика решения обратной геометрической задачи магнитостатики для поверхностных дефектов магнитомягкого ферромагнетика // Дефектоскопия. 2022. № 12. С. 24 ‒ 34. DOI: 10.31857/S013030822212003X
14. Никитин А. В., Михайлов А. В., Михайлов Л. В. и др. Верификация методики восстановления формы дефектов в магнитомягких ферромагнетиках с использованием MFL-данных // Дефектоскопия. 2022. № 11. С. 43 ‒ 49. DOI: 10.31857/S0130308222110057
15. Потапов А. И., Сясько В. А., Пудовкин О. П., Шаранова Д. А. Анализ погрешности измерений остаточной толщины днищ цилиндрических вертикальных резервуаров по технологии MFL с использованием метода конечных элементов // Контроль. Диагностика. 2016. № 11. С. 10 ‒ 15.
16. Марков А. А., Антипов А. Г., Карелин М. В. Оценка достоверности автоматического распознавания сигналов от конструктивных элементов рельсового пути магнитодинамическим методом // Контроль. Диагностика. 2018. № 3. С. 16 ‒ 27.
17. Никитин А. В., Михайлов Л. В., Михайлов А. В. и др. Восстановление формы дефекта ферромагнитной пластины путем решения обратной задачи магнитостатики и серии прямых задач // Дефектоскопия. 2024. № 9. С. 67 ‒ 72.
18. Дякин В. В., Кудряшова О. В., Раевский В. Я. К решению одной задачи магнитостатики для трубы с дефектом на внутренней поверхности // Дефектоскопия. 2023. № 2. С. 35 ‒ 46.
19. Зацепин H. H., Щербинин В. Е. К расчету магнитостатического поля поверхностных дефектов. Ч. 1. Топография полей моделей дефектов // Дефектоскопия. 1966. № 5. C. 50 – 59.
20. Нерадовский Д. Ф., Проботюк В. В., Зайнутдинова З. Р. Оценка одноосных напряжений ферромагнетика в модели Такаги методом высших гармоник намагниченности // Естественные и технические науки. 2017. № 5(107). С. 112 ‒125.
21. Реутов Ю.Я., Гобов Ю. Л., Лоскутов В. Е. О возможностях использования программы ELCUT в расчетах по дефектоскопии // Дефектоскопия. 2002. № 6. С. 34 ‒ 40.
1. Bolshakova, V. V., Kukin, N. A., & Dymkin, G. Ya. (2014). On the possibility of using magnetic non destructive testing methods for assessing the stress strain state of pipelines. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putei soobshcheniya, (38), 92–98. [in Russian language].
2. Slesarev, D. A., & Abakumov, A. A. (2013). Processing and presentation of information in the MFL method of non destructive testing. Defektoskopiya, (9), 3–9. [in Russian language].
3. Kanaikin, V. A. (2009). In line magnetic flaw detection of main pipelines (A. F. Matvienko, Ed.). UrO RAN. [in Russian language].
4. Krotov, L. N. (2004). Reconstruction of the interface between media by the spatial distribution of the magnetic leakage field. II. Statement and method for solving the inverse geometric problem of magnetostatics. Defektoskopiya, (6), 36–44. [in Russian language].
5. Gobov, Yu. L., Nikitin, A. V., & Popov, S. E. (2018). Solution of the inverse geometric problem of magnetostatics for corrosion defects taking into account the nonlinear properties of ferromagnets. Defektoskopiya, (12), 30–34. [in Russian language].
6. Nikitin, A. V., Mikhaylov, A. V., Gobov, Yu. L., & Popov, S. E. (2021). Determination of the surface of defect location and restoration of its geometric parameters by the MFL method with one sided access to the ferromagnetic plate. Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures, 6, 45–53.
7. Pipeline Operators. (2016). Specifications and requirements for in line inspection of pipelines. https://pipelineoperators.org/
8. Nikitin, A. V., Mikhaylov, A. V., Mikhaylov, L. V., et al. (2023). Determination of the boundaries of applicability of the method for solving the inverse geometric problem of magnetostatics by constructing magnetic lines in the defect zone. In Fizicheskie metody nerazrushayushchego kontrolya (Yanusovskie chteniya): Tezisy dokladov XXXIV Ural'skoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem (pp. 38–39). Ekaterinburg. [in Russian language].
9. Shi, Y., Zhang, C., Li, R., et al. (2015). Theory and application of magnetic flux leakage pipeline detection. Sensors (Basel), 15(12), 31036–31055.
10. Dyakin, V. V., Kudryashova, O. V., & Raevsky, V. Ya. (2018). Scattering field of a plate with a surface defect in a uniform external field. Defektoskopiya, (12), 23–31. [in Russian language].
11. Gobov, Yu. L., Nikitin, A. V., & Popov, S. E. (2018). Solution of the inverse geometric problem of magnetostatics for corrosion defects. Defektoskopiya, (10), 51–57. [in Russian language].
12. Nikitin, A. V., Mikhaylov, A. V., Petrov, A. S., & Popov, S. E. (2021). Method for practical reconstruction of the shape parameters of surface two dimensional defects taking into account the nonlinear properties of ferromagnets. Defektoskopiya, (12), 46–55. [in Russian language].
13. Nikitin, A. V., Gobov, Yu. L., Mikhaylov, A. V., & Mikhaylov, L. V. (2022). Method for solving the inverse geometric problem of magnetostatics for surface defects of a magnetically soft ferromagnet. Defektoskopiya, (12), 24–34. [in Russian language]. https://doi.org/10.31857/S013030822212003X
14. Nikitin, A. V., Mikhaylov, A. V., Mikhaylov, L. V., et al. (2022). Verification of the method for reconstructing the shape of defects in magnetically soft ferromagnets using MFL data. Defektoskopiya, (11), 43–49. [in Russian language]. https://doi.org/10.31857/S0130308222110057
15. Potapov, A. I., Syasko, V. A., Pudovkin, O. P., & Sharanova, D. A. (2016). Analysis of the measurement error of residual thickness of bottoms of cylindrical vertical tanks using MFL technology with the finite element method. Kontrol'. Diagnostika, (11), 10–15. [in Russian language].
16. Markov, A. A., Antipov, A. G., & Karelin, M. V. (2018). Assessment of the reliability of automatic recognition of signals from structural elements of the railway track by the magnetodynamic method. Kontrol'. Diagnostika, (3), 16–27. [in Russian language].
17. Nikitin, A. V., Mikhaylov, L. V., Mikhaylov, A. V., et al. (2024). Reconstruction of the defect shape of a ferromagnetic plate by solving the inverse problem of magnetostatics and a series of direct problems. Defektoskopiya, (9), 67–72. [in Russian language].
18. Dyakin, V. V., Kudryashova, O. V., & Raevsky, V. Ya. (2023). On the solution of a magnetostatics problem for a pipe with a defect on the inner surface. Defektoskopiya, (2), 35–46. [in Russian language].
19. Zatsepin, N. N., & Shcherbinin, V. E. (1966). On the calculation of the magnetostatic field of surface defects. Part 1. Topography of the fields of defect models. Defektoskopiya, (5), 50–59. [in Russian language].
20. Neradovsky, D. F., Probotyuk, V. V., & Zainutdinova, Z. R. (2017). Assessment of uniaxial stresses of a ferromagnet in the Takagi model by the method of higher harmonics of magnetization. Estestvennye i tekhnicheskie nauki, (5), 112–125. [in Russian language].
21. Reutov, Yu. Ya., Gobov, Yu. L., & Loskutov, V. E. (2002). On the possibilities of using the ELCUT program in flaw detection calculations. Defektoskopiya, (6), 34–40. [in Russian language].
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2026.08.pp.061-070
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2026.08.pp.061-070
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»