Технічна діагностика та неруйнівний контроль, 2025, №03

2025 №03 (06)

DOI of Article 10.37434/tdnk2025.03.01

2025 №03 (02)

---

Технічна діагностика і неруйнівний контроль, 2025, №3, стор. 5-14

Дослідження ультразвукового магнітострикційного методу ультразвукового контролю. Частина 1. Застосування магнітострикційних ефектів у системах вимірювання та неруйнівного контролю (Огляд)

В.П. Бабак¹, І.В. Богачев¹, О.Л. Декуша¹, С.І. Ковтун¹, Ю.В. Куц^1,2, С.В. Созонов¹

¹Інститут загальної енергетики НАН України. 03150, м. Київ, вул. Антоновича, 172
²КПІ ім. Ігоря Сікорського. 03056, м. Київ, Берестейський просп., 37. Е-mail: y.kuts@ukr.net

У статті досліджується напрями розвитку методів ультразвукового неруйнівного контролю (УНК), які ґрунтуються на використанні ефектів магнітострикції. На основі аналізу сучасних публікацій за напрямом зроблено висновок про підвищення зацікавленості дослідників у поглибленому вивченні можливостей цих методів УНК. Інтерес до цієї тематики обумовлений як появою нових магнітострикційних матеріалів з покращеними характеристиками та розвитком цифрових методів і засобів формування та опрацювання інформаційних сигналів УНК, так і розширенням номенклатури об’єктів і задач контролю, зокрема контролю великогабаритних об’єктів, таких як трубопроводи та трубки теплообмінників, необхідністю створення технологій УНК, які не потребують акустичного контакту перетворювач/виріб і забезпечують можливість контролю виробів зі складною геометрією. Отримані результати сприятимуть кращому розумінню можливостей та обмежень використання магнітострикційних ефектів в УНК. Зроблено висновок, що застосування таких систем дає змогу розширити функціональні можливості УНК та отримати нові розв’язки задач УНК у різних галузях промисловості. Також показано доцільність подальших досліджень магнітострикційного методу УНК на основі малоапертурних магнітострикційних перетворювачів. Бібліогр. 51, рис. 7.
Ключові слова: ультразвуковий неруйнівний контроль, магнітострикційні ефекти, магнітострикційні перетворювачі, малоапертурні магнітострикційні перетворювачі

Отримано 13.06.25
Отримано у переглянутому вигляді 07.08.25
Прийнято 17.09.25

Список літератури

1. Hassani, S., Dackermann, U. (2023) A systematic review of advanced sensor technologies for non-destructive testing and structural health monitoring. Sensors, 23(4), 2204. DOI: https://doi.org/10.3390/s23042204
2. Ahmad, A., Bond, L.J. (2018) Nondestructive evaluation and quality control. Metals: Handbook, Vol. 17, Ninth Edition. American Society for Metals, ASM International.
3. Hellier, C. (2001) Handbook of Nondestructive evaluation. McGraw-Hill.
4. Bray, D.E., Stanley, R.K. (2018) Nondestructive Evaluation: A Tool in Design, Manufacturing, and Service; CRC Press: Boca Raton, FL, USA. DOI: https://doi.org/10.1201/9781315272993
5. Zhang, Y., Lun Chow, C., Lau, D. (2025) Artificial intelligenceenhanced non-destructive defect detection for civil infrastructure. Automation in Construction, 171, 105996. DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2025.105996
6. Jiang Wang, Va Kong, Xiuquan Li et al. (2025) A review of non-destructive testing techniques for shear wall structures with modular integrated construction. J. of Building Engineering, 105, 112337. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2025.112337
7. Babak, V.P., Babak, S.V., Myslovych, M.V., Zaporozhets, A.O., Zvaritch, V.M. (2020) Principles of construction of systems for diagnosing the energy equipment. In: Diagnostic Systems For Energy Equipments; Springer: Cham, Switzerland.
8. Kim,W., Katipamula, S. (2017) A review of fault detection and diagnostics methods for building systems. Sci. Technol. Built. Environ., 24(1), 3–21. DOI: https://doi.org/10.1080/23744731.2017.1318008
9. Бабак В.П., Куц Ю.В., Богачев І.В. та ін. (2020) Розроблення методу, методики та засобів контролю елементів будівельних машин та металевих конструкцій з використанням магнітострикційного ефекту. Технічна діагностика та неруйнівний контроль, 4, 32–39. DOI: https://doi.org/10.37434/tdnk2020.04.05
10. Babak, V., Isaenko, V., Zaporozhets, A. (2020) Systems, Decision and Control in Energy I, Vol. 298. Springer. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-48583-2
11. Babak, V.P., Babak, S.V., Eremenko, V.S., Kuts, Y.V. et. al. (2021) Models and measures for the diagnosis of electric power equipment. In: Models and Measures in Measurements and Monitoring. Studies in Systems, Decision and Control, Vol. 360. Springer, Cham. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-70783-5_4
12. Babak, V.P., Babak, S.V., Myslovych, M.V. et al. (2018) Information Provision of Diagnostic Systems for Energy Facilities. Kyiv, Akademperiodyka. DOI: https://doi.org/10.15407/akademperiodyka.353.134
13. Mićić, M., Brajović, L., Lazarević, L., Popović, Z. (2023) Inspection of RCF rail defects–Review of NDT methods. Mechanical Systems and Signal Processing, 182(1), 109568. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2022.109568 14. Romanenko, V., Kovtun, S. (2024) Technology of quality control of additive manufacturing products during printing of elements of energy complexes. System Research in Energy, 4(80), 110–119. DOI: https://doi.org/10.15407/srenergy2024.04.110
15. Ramírez, I.S., Márquez, F.P.G., Papaelias, M. (2023) Review on additive manufacturing and non-destructive testing. J. of Manufacturing Systems, 66, 260–286. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2022.12.005
16. Honarvar, F., Varvani-Farahani, A. (2020) A review of ultrasonic testing applications in additive manufacturing: Defect evaluation, material characterization, and process control. Ultrasonics, 108, 106227. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2020.106227
17. Babak, V.P., Babak, S.V., Eremenko, S. et al. (2025) Information-Measuring Systems. Theory and Application. Studies in Systems, Decision and Control, SSDC, Vol. 592. Springer, Cham. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-89406-0
18. Куц, Ю.В., Щербак, Л.М. (2009). Статистична фазометрія. Тернопіль, Тернопільський державний університет ім. І. Пулюя.
19. Mei, Z., Kuts, Y., Kochan, O. et al. (2022) Using signal phase in computerized systems of non-destructive testing, Measurement Sci. Review, 22(1), 32–43. DOI: https://doi.org/10.2478/msr-2022-0004
20. Куц, Ю.В., Монченко, О.В., Бистра, І. М., Олійник, О.В. (2019) Фазовий метод ультразвукової лунаімпульсної товщинометрії виробів з конструкційних матеріалівю Київ, Інтерсервіс.
21. Zinno, R., Haghshenas, S.S., Guido, G., Vitale, A. (2022) Artificial intelligence and structural health monitoring of bridges: A review of the state-of-the-art. IEEE Access, 10, 88058–88078. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3199443
22. Elenchezhian, M.R.P., Vadlamudi, V., Raihan, R., Reifsnider, K., Reifsnider, E. (2021) Artificial intelligence in real-time diagnostics and prognostics of composite materials and its uncertainties: A review. Smart Materials and Structures, 30(8), 083001. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-665X/ac099f
23. Perfetto, D., De Luca, A., Perfetto, M., Lamanna, G., Caputo, F. (2021) Damage detection in flat panels by guided waves based artificial neural network trained through finite element method. Materials, 14(24), 7602. DOI: https://doi.org/10.3390/ma14247602
24. Posilović, L., Medak, D., Milković, F. et al. (2022) Deep learningbased anomaly detection from ultrasonic images. Ultrasonics, 124, 106737. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2022.106737
25. Malekloo, A., Ozer, E., AlHamaydeh, M., Girolami, M. (2022) Machine learning and structural health monitoring overview with emerging technology and high-dimensional data source highlights. Structural Health Monitoring, 21(4). DOI: https://doi.org/10.1177/14759217211036880
26. Carlin, B. (1960) Ultrasonics, Chapt. 4, Magnetostriction. 2nd Ed., McGraw-Hill Book Company, Inc., 93–125.
27. Ekreem, N.B., Olabi, A.G., Prescott, T., Rafferty, A., Hashmi M.S.J. (2007) An overview of magnetostriction, its use and methods to measure these properties. J. of Materials Proc. Technology, 191(1–3), 96–101. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.03.064
28. Цапенко, В.К., Куц, Ю.В. (2010) Основи ультразвукового неруйнівного контролю. Київ, НТУУ «КПІ».
29. Kim, Y.Y., Kwon, Y.E. (2015). Review of magnetostrictive patch transducers and applications in ultrasonic nondestructive testing of waveguides. Ultrasonics, 62, 3–19. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2015.05.015
30. Бабак В.П., Бабак С.В., Берегун В.С. та ін. (2015) Сенсори систем моніторингу теплотехнічного обладнання на основі магнітострикційного ефекту. В кн.: Інформаційне забезпечення моніторингу об’єктів теплоенергетики, за ред. чл.-кор. НАН України В.П. Бабака, Київ, 273–316.
31. Calkins, F.T., Flatau, A.B., Dapino, M.J. (2007) Overview of magnetostrictive sensor technology. J. of Intelligent Material Systems and Structures, 18(10). DOI: https://doi.org/10.1177/1045389X06072358
32. Kim, Y., Kim, Y.Y. (2007) A novel Terfenol-D transducer for guided-wave inspection of a rotating shaft. Sensors and Actuators A: Physical, 133(2). DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2006.05.006
33. Kim, J., Jung, E. (2005) Finite element analysis for acoustic characteristics of a magnetostrictive transducer. Smart Materials and Structures, 14(6), 1273. DOI: https://doi.org/10.1088/0964-1726/14/6/020
34. Zheng, X.J., Liu, X.E. (2005) A nonlinear constitutive model for Terfenol-D rods. J. Appl. Phys., 97, 053901. DOI: https:// doi.org/10.1063/1.1850618
35. Chen, Y., Yang, X., Yang, M., Wei, Y., Zheng, H. (2021) Characterization of giant magnetostrictive materials using three complex material parameters by particle swarm optimization. Micromachines, 12(11), 416. DOI: https://doi.org/10.3390/mi12111416
36. Vinogradov, S., Chen, X., Cobb, A., Fisher, J. (2023) Applications of linear scanning magnetostrictive transducers (MST) for finding of hard to detect anomalies in structural components. Research and Review. J. of Nondestructive Testing, 1(1). DOI: https://doi.org/10.58286/28141
37. Vinogradov, S., Fisher, J. (2018) Review of guided wave testing using magnetostrictive transducers. 12th ECNDT, Gothenburg, Sweden. https://www.ndt.net/article/ecndt2018/papers/ecndt-0486-2018.pdf
38. Se-Beom Oh, Yong-Moo Cheong, Deok-Hyun Lee, Kyung-Mo Kim (2019) Magnetostrictive guided wave technique verification for detection and monitoring defects in the pipe weld. Materials, 12(6), 867. DOI: https://doi.org/10.3390/ma12060867
39. Puchot, A.R., Duffe, C.E., Cobb, A.C., Light, G.M. (2009) New magnetostrictive sensor technology applications. In: 5th Middle East Nondestructive Testing Conference & Exhibition, Bahrain (MENDT 2009). https://www.ndt.net/article/mendt2009/papers/AdanCobb-newMss.pdf
40. Kwun, H., Teller, C.M. (1996) Nondestructive evaluation of pipes and tubes using magnetostrictive sensors. Pat. US005581037, Int. Cl. G01N 29/14; G01N 29/28, Fill. Mar. 9, 1995; Date of Patent: Dec. 3, 1996.
41. Hristoforou, E., Kosmas, K. (2007) Magnetostrictive delay lines for non-destructive testing. Intern. J. of Applied Electromagnetics and Mechanics, 25, 287–296. https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=59f35ce2a98b2b102cb214a10e5e5bc041bc1149
42. Ashish, A., Rajagopal, P., Balasubramaniam, K. et al. (2017) Bulk ultrasonic NDE of metallic components at high temperature using magnetostrictive transducers. AIP Conference Proceedings, 1806(1), 050010. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4974604
43. Miao, H., Li, F. (2021). Shear horizontal wave transducers for structural health monitoring and nondestructive testing: A review. Ultrasonics, 114, 106355. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2021.106355
44. Wang, H., Wu, B., Gao, X., Liu, Y., Li, X., Liu, X. (2023) Ultrasonic guided wave defect detection method for tank bottom plate based on SH0 mode multichannel magnetostrictive sensor. Measurement, 223, 113790. DOI: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2023.113790
45. Xiaohui Chen, Jiang Xu, Yong Li, Shenghuai Wang (2023) Characteristic parameters of magnetostrictive guided wave testing for fatigue damage of steel strands. Materials, 16, 5215. DOI: https://doi.org/10.3390/ma16155215
46. Bertoncini, F., Giunta, G., Raugi, M., Turcu, F. (2012) Overview and experimental evaluation of magnetostrictive transducers for guided wave inspection. E-J. of Nondestructive, Issue 2012-09. https://www.ndt.net/article/ndtnet/2012/1_Turcu.pdf
47. Se-Beom Oh, Yong-Moo Cheong, Deok-Hyun Lee, Kyung-Mo Kim (2019) Magnetostrictive guided wave technique verification for detection and monitoring defects in the pipe weld. Materials, 12, 867. DOI: https://doi.org/10.3390/ma12060867
48. Babak, V.P., Bogachev, I.A. (2016) Small aperture magnetostrictive sensors for non-destructive testing. NDT days 2016, Sozopol, Bulgaria: Scientific Proceedings, 1(156).
49. Bohachev, I.V., Babak, V.P., Zaporozhets, A.O. (2022) Novel small-aperture transducers based on magnetostrictive effect for diagnostic systems. Technical Electrodynamics, 3, 69–78. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2022.03.069
50. Bohachev, I., Kovtun, S., Kuts, Y., Sozonov, S., Khaidurov, V. (2023) Enhanced phase method of signal detection for ultrasonic magnetostriction defectoscopy of power equipment. System Research in Energy, 2, 72–82. DOI: https://doi.org/10.15407/srenergy2023.02.072
51. Babak, V., Zaporozhets, A., Khaidurov, V., Scherbak, L., Bohachev, I., Tsiupii, T. (2023) Mathematical models and software for studying the elasticity of building structures and their systems. In: Systems, Decision and Control in Energy IV. Studies in Systems, Decision and Control, 454. Springer, Cham. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-22464-5_4

---

Реклама в цьому номері:

---