Magnetic Barkhausen Noise Response to Stress in Aircraft Landing Gear Steel Samples

Abstract

A portable Magnetic Barkhausen noise (MBN) testing system was used to perform MBN measurements and hysteresis plots on three steel samples; 300M, AISI 4340 and HY80. The primary material for this research was 300M, which is used for CF-188 aircraft landing gear components, with the goal of developing a Non-Destructive Evaluation (NDE) method for evaluating residual stresses. Three experiments were conducted; hysteresis plots analyzed with the Włodarski Model, MBN response to elastic bending and MBN response to plastic bending. Results showed that the Włodarski Model could accurately approximate minor hysteresis loops for 300M. The second experiment showed a near linear relationship for MBN energy response to elastic tension in the samples, with the strongest correlation for 300M. The third experiment proposed a calibration method of using MBN energy response to elastic bending to estimate residual stress. The average final residual stress, for three 300M samples, estimated by this method was 550 ±70 MPa. This was the lowest out of four residual stress estimation methods used, with the ANSYS model giving an average of 580 MPa and the strain calculations and profile measurement methods showing close agreement with 660 ±50 MPa and 650 ±30 MPa, respectively. These results indicate that the plastic deformation is suppressing MBN response, which should be further investigated for this calibration method. This research demonstrates potential of this MBN system to be used for NDE of residual stress in aircraft landing gear component material.

Un système portable de mesure du bruit magnétique de Barkhausen (BMB) a été utilisé pour effectuer des mesures de BMB et pour tracer les cycles d'hystérésis sur trois échantillons d'acier : le 300M, l'AISI 4340 et le HY80. Le matériau principal de cette étude était le 300M, utilisé pour les composants du train d’atterrissage des avions CF-188. L'objectif de ce projet était de développer une méthode d’évaluation non destructive (END) magnétique permettant l’évaluation des contraintes internes résiduelles. Trois expériences ont été menées : des graphiques de cycles d’hystérésis analysés à l’aide du modèle de Włodarski, l’observation du BMB pour les échantillons sous contrainte mécanique de flexion élastique et sous contrainte de flexion plastique. Les résultats ont montré que le modèle de Włodarski permettait d’approximer avec précision les cycles mineures d’hystérésis pour le 300M. La deuxième expérience a montré une relation quasi-linéaire des mesures de l'énergie du BMB et de la contrainte élastique appliquée aux échantillons, avec une corrélation forte observée pour le 300M. La troisième expérience a proposé une méthode d’étalonnage utilisant les variations de l'énergie du BMB à une flexion élastique pour estimer les contraintes internes résiduelles. Cette méthode a estimé la contrainte résiduelle finale moyenne pour trois échantillons de 300M de 550 ±70 MPa. C'était la plus basse parmi les quatre méthodes d'estimation utilisé ; le modèle ANSYS a donné une moyenne de 580 MPa, et les méthodes de calcul de la déformation et de mesure du profil ont montré une concordance proche avec 660 ±50 MPa et 650 ±30 MPa, respectivement. Ces résultats ont indiqué que la déformation plastique supprime les signaux du BMB. Cette recherche a démontré le potentiel de ce système de mesure du BMB pour être utiliser pour l'END des contraintes internes résiduelles dans les matériaux des composants de train d'atterrissage d'avion.