تشخیص پیشرفته ترک و برآورد فاصله در صفحات فولادی با استفاده از امواج آکوستیک آرایه فازی و تحلیل اجزای محدود

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1045-ISAV2024 (R2)
نویسندگان
1مرکز سیستم‌ها و فناوری‌های پیشرفته (CAST)، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2استاد دانشکده فنی دانشگاه تهران
3مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته
4مرکز سیستم‌ها و فناوری‌های پیشرفته (CAST)، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران
چکیده
تست التراسونیک آرایه فازی ( (PAUTیک تکنیک ارزیابی غیر مخرب (NDE) بسیار موثر است که به طور گسترده برای شناسایی و مشخص کردن عیوب ساختاری مانند ترک ها استفاده می شود. این مطالعه شبیه‌سازی و تحلیل دقیق انتشار موج صوتی طولی و برشی در یک صفحه فولادی را ارائه می‌کند که با استفاده از تحلیل اجزا محدود (FEA) با ABAQUS انجام شده است. داده‌های فشار آکوستیک با تمرکز بر داده برداری از فشارهای قابل‌توجه، جمع‌آوری و میانگین‌گیری شد. فاصله از وسط ترک تا وسط خط سنسور با تجزیه و تحلیل فاصله زمانی بین نقاط فشار کلیدی و ارتباط این فاصله با سرعت محاسبه شده صوت در فولاد برآورد شد. تکنیک‌های پیشرفته پردازش سیگنال برای اصلاح داده‌های فشارآکوستیک و زمان، حفظ اطلاعات ضروری و در عین حال به حداقل رساندن نویز استفاده شد. یافته ها توانایی آرایه فازی را نه تنها در تشخیص، بلکه در تخمین دقیق فاصله ترک تا خط سنسور را نشان می دهد. مقایسه بین مقادیر تخمین ‌زده شده و مقادیر واقعی فاصله از وسط ترک تا وسط خط سنسور، با اندازه گیری ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین درصد خطا انجام شد. RMSE در این پژوهش 0/0039 و میانگین درصد خطا 1/85% محاسبه شد. RMSE بسیار کم، انحراف بسیار کم بین مقادیر پیش‌بینی‌شده و واقعی را نشان می‌دهد و نشان‌دهنده دقت بالا تخمین مدل است. این معیارها تأیید می کنند که مدل، دقت و قابلیت اطمینان استثنایی را دارا است و خطاهای مطلق و نسبی بسیار کوچکی دارد.
کلیدواژه ها
 
Title
Advanced Crack Detection and Distance Estimation in Steel Plates Using Phased Array Acoustic Waves and Finite Element Analysis
Authors
Nazanin Barzin, Aghil Yousefi-Koma, Elahe Sarlakian, Ehsan Ghafarallahi
Abstract
Phased array ultrasonic testing (PAUT) is a highly effective non-destructive evaluation (NDE) technique extensively utilized for detecting and characterizing structural defects, such as cracks. This study presents a detailed simulation and analysis of longitudinal and shear acoustic wave propagation in a steel plate, conducted using finite element analysis (FEA) with ABAQUS. Acoustic pressure data were collected and averaged across selected nodes, with a focus on significant pressure readings. The distance from the middle of the crack to the middle of the sensor line was estimated by analyzing the time interval between key pressure points and correlating this interval with the known speed of sound in steel. Advanced data processing techniques were utilized to refine the pressure-time data, preserving essential information while minimizing noise. The findings demonstrate the capability of PAUT not only in detecting but also in accurately estimating the distance from the crack to the sensor line. The comparison between predicted values and actual values of The distance from the middle of the crack to the middle of the sensor line utilizes precise dimensional measurements to ensure accuracy, with an RMSE of 0.0039 and an average error of 1.85%. The extremely low RMSE indicates minimal deviation between predicted and actual values, reflecting high precision. Additionally, the average error of 1.85% shows that, on average, predictions are within 1.85% of the true values. Together, these metrics confirm that the model demonstrates exceptional accuracy and reliability, with both very small absolute and relative errors.
Keywords
Phased Array Ultrasonic Testing, Crack Detection, Acoustic wave propagation, signal processing