32
33
Fig. 2-18 교류 경사형 자화기의 수치해석 모델링
34
Table 2-2 직류 경사형 자화기의 수치해석 설정 값
Fig.2-20 ~ 2-27는 상기 모델에서 θS가 각각 0°에서 30°인 경우에 200mA, 1,000Hz 의 교류전류를 입력하였을 때의 수치해석결과를 나타낸다. 결함의 방향은 상술한 직류 경사형 전자석의 경우와 마찬가지로 스캔방향과 같은 방향 및 수직인 방향으로 각각 모델링하였다.
상술한 CIC-MFL인 경우 전도도 σ를 주요 인자로 하여 균열을 검출하게 된다.
즉, 전기장의 방향이 결함 길이방향과 수직일 경우(자기장의 방향이 결함 길이방향 과 수평일 경우, 경우 I) 결함 검출능이 최대가 된다. Fig.2-28(a)에서 나타나는 바와 같이 전기장의 방향이 결함 길이방향과 수직일 경우 θS가 0°일 때 결함의 선단 에서 최대 유도전류가 발생함을 알 수 있다. 한편, θS가 10°에서 20°까지 증가 하면 유도전류는 단계적으로 감소하고 30°까지 증가하면 다시 증가함을 알 수 있 다. 반면, 전기장의 방향이 결함 길이방향과 수평일 경우(자기장의 방향이 결함 길 이방향과 수직일 경우, 경우 II) θS가 0°일 때는 경우 I 보다 유도전류가 더 많이 발생하지만, θS가 10°에서 30°까지 증가하면 오히려 경우 II에서 더 많은 유도전 류가 발생함을 알 수 있다. 즉, 교류 경사형 전자석에서도 상술한 직류 경사형 전 자석처럼 경사형 전자석이 비경사형 전자석보다 결함 검출능이 우수함을 알 수 있
Item Material Properties Size Mesh size
Ansys model Specimen Steel MURX 4000
RSVX 1.6e-7 60×80 1 117
Core Metal RSVX 1.6e-7
20×19.85×22(0)
1 117 19.6×23.7×22(10)
18.7×27.8×22(20) 17.1×32.9×22(30)
Coil Copper MURX 1
25×25.85×19.86(0)
1 117 24.6×30.6×19.86(10)
23.5×35.65×19.86(20) 21.65×41.7×19.86(30)
Sensing Area Air MURX 1 60×80 1 117
Crack (part of air
block) Air MURX 1 10×1×1
35 다.
반면, Fig.2-28(b)에서 보는 바와 같이 θS의 크기에 따른 누설자속의 변화는 유 도전류의 변화와 틀린경향을 나타내는데, 이는 자기장 해석 시 유도전류에 의해 발 생하는 수직방향의 자기장 또한 결과에 나타남으로 인해서이다.
결과적으로 교류 경사형 전자석을 활용한 CIC-MFL도 종래의 CIC-MFL과 큰 차이 없이 결함을 검출할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 모의실험 을 통해 경사형 직류자화기를 검증하였으며, 경사형 교류자화기를 도입한 CIC-MFL 에 의하여 실증실험을 수행하였다.
36
(a) 자기장 해석 (θS=0°) (b) 전기장 해석 (θS=0°)
(c) 자기장 해석 (θS=10°) (d) 전기장 해석 (θS=10°)
(e) 자기장 해석 (θS=20°) (f) 전기장 해석 (θS=20°)
(g) 자기장 해석 (θS=30°) (h) 전기장 해석 (θS=30°) Fig. 2-19 균열이 없을 때의 수치해석 결과
1
X Y
.543E-05 Z .390E-03
.775E-03 .001161
.001546 .001931
.002316 .002701
.003086 .003471 MAY 12 2010 16:29:40 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=2547 MIN=.543E-05 MAX=.003471
1
X Y
.176E-09 Z .687E-08
.136E-07 .202E-07
.269E-07 .336E-07
.403E-07 .470E-07
.537E-07 .604E-07 MAY 12 2010
16:29:53 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=2608 MIN=.176E-09 MAX=.604E-07
1
X Y
.550E-05 Z .361E-03
.716E-03 .001072
.001427 .001782
.002138 .002493
.002848 .003204 MAY 12 2010 16:33:25 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=2608 MIN=.550E-05 MAX=.003204
1
X Y
.268E-09 Z .667E-08
.131E-07 .195E-07
.259E-07 .323E-07
.387E-07 .451E-07
.515E-07 .579E-07 MAY 12 2010
16:33:34 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=3083 MIN=.268E-09 MAX=.579E-07
1
X Y Z
.835E-05 .351E-03
.694E-03 .001037
.00138 .001723
.002066 .002408
.002751 .003094 MAY 12 2010 16:36:41 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=2549 MIN=.835E-05 MAX=.003094
1
X Y Z
.178E-09 .694E-08
.137E-07 .205E-07
.272E-07 .340E-07
.408E-07 .475E-07
.543E-07 .611E-07 MAY 12 2010 16:36:50 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=3143 MIN=.178E-09 MAX=.611E-07
1
X Y Z
.529E-05 .334E-03
.663E-03 .992E-03
.001321 .001651
.00198 .002309
.002638 .002967 MAY 12 2010 16:40:33 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=2428 MIN=.529E-05 MAX=.002967
1
X Y Z
.264E-09 .659E-08
.129E-07 .192E-07
.256E-07 .319E-07
.382E-07 .445E-07
.509E-07 .572E-07 MAY 12 2010 16:40:43 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=3264 MIN=.264E-09 MAX=.572E-07
37
Fig. 2-20 경사각도 0°일 때의 자기장 수치해석 결과
1
.146E-04.465E-03 .916E-03.001367 .001817 .002268 .002719 .00317 .00362 .004071 MAY 12 2010 16:15:33 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=149 MIN=.146E-04 MAX=.004071
1
X Y Z
.183E-04.941E-03 .001863 .002785 .003708 .00463 .005553 .006475 .007397 .00832 MAY 11 2010
20:22:34 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=4842 MIN=.183E-04 MAX=.00832
38
Fig. 2-21 경사각도 0°일 때의 전기장 수치해석 결과
1
.716E-09.122E-07 .238E-07.353E-07.468E-07.583E-07.698E-07.814E-07.929E-07.104E-06 MAY 12 2010
16:15:44 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=4797 MIN=.716E-09 MAX=.104E-06
1
X Y Z
.456E-09 .110E-07.215E-07.320E-07.425E-07.530E-07.635E-07.740E-07.845E-07.950E-07 MAY 11 2010
20:22:45 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=4843 MIN=.456E-09 MAX=.950E-07
39
Fig. 2-22 경사각도 10°일 때의 자기장 수치해석 결과
1
.860E-05 .363E-03.717E-03.001071 .001424 .001778 .002132 .002486 .00284 .003194 MAY 12 2010 16:19:29 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=4986 MIN=.860E-05 MAX=.003194
1
X Y
.927E-06 .855E-03.001709 .002563Z .003418 .004272 .005126 .00598 .006834 .007688 MAY 11 2010 20:23:43 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=4705 MIN=.927E-06 MAX=.007688
40
Fig. 2-23 경사각도 10°일 때의 전기장 수치해석 결과
1
.539E-09 .113E-07.221E-07.328E-07.436E-07.544E-07.651E-07.759E-07.867E-07.974E-07 MAY 12 2010
16:19:39 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=538 MIN=.539E-09 MAX=.974E-07
1
X Y
.870E-10 .170E-07.339E-07.508E-07Z .678E-07.847E-07.102E-06.118E-06.135E-06.152E-06 MAY 11 2010
20:23:53 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=4987 MIN=.870E-10 MAX=.152E-06
41
Fig. 2-24 경사각도 20°일 때의 자기장 수치해석 결과
1
.371E-05 .332E-03.661E-03.989E-03.001318 .001647 .001975 .002304 .002632 .002961 MAY 12 2010 16:21:48 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=4977 MIN=.371E-05 MAX=.002961
1
X Y
.454E-05.810E-03 .001615 .002421 Z.003226 .004032 .004837 .005643 .006448 .007253 MAY 11 2010 20:24:34 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=4976 MIN=.454E-05 MAX=.007253
42
Fig. 2-25 경사각도 20°일 때의 전기장 수치해석 결과
1
.317E-09 .974E-08.192E-07.286E-07.380E-07.475E-07.569E-07.663E-07.757E-07.852E-07 MAY 12 2010
16:21:58 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=678 MIN=.317E-09 MAX=.852E-07
1
X Y
.104E-09 .166E-07.332E-07.497E-07Z.662E-07.827E-07.993E-07.116E-06.132E-06.149E-06 MAY 11 2010
20:24:44 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=4975 MIN=.104E-09 MAX=.149E-06
43
Fig. 2-26 경사각도 30°일 때의 자기장 수치해석 결과
1
.130E-04 .389E-03.766E-03.001142 .001518 .001895 .002271 .002647 .003024 .0034 MAY 12 2010
16:25:09 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=4976 MIN=.130E-04 MAX=.0034
1
X Y
.106E-04 .702E-03.001392 .002083Z .002774 .003465 .004156 .004847 .005538 .006229 MAY 11 2010 20:25:37 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 B ELEM=4976 MIN=.106E-04 MAX=.006229
44
Fig. 2-27 경사각도 30°일 때의 전기장 수치해석 결과
1
.168E-09.118E-07 .235E-07.352E-07.468E-07 .585E-07.702E-07.818E-07.935E-07.105E-06 MAY 12 2010
16:25:22 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=4970 MIN=.168E-09 MAX=.105E-06
1
X Y
.649E-09 .146E-07.285E-07.424E-07Z .563E-07.702E-07.841E-07.980E-07.112E-06.126E-06 MAY 11 2010
20:25:48 VECTOR
STEP=1 SUB =1 FREQ=1000 JT ELEM=4987 MIN=.649E-09 MAX=.126E-06
45
(a) 유도전류의 변화
(b) 누설자속의 변화
Fig. 2-28 θS의 크기에 따른 복합유도전류-누설자속의 변화
46