تخمین دقیق طول ترک در ورق فولادی با ادغام شبیه سازی آباکوس و امواج صوتی آرایه فازی
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1047-ISAV2024 (R2)
نویسندگان
1مرکز سیستم ها و فناوری های پیشرفته
2استاد دانشکده فنی دانشگاه تهران
3مرکز سیستمها و فناوریهای پیشرفته (CAST)، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران
4مرکز سیستمها و فناوریهای پیشرفته (CAST)، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران
چکیده
این مقاله به بررسی تخمین طول ترک در صفحات فولادی با استفاده از شبیهسازیهای ABAQUS و تحلیل صوتی از طریق فشار بازتاب (PoR) و تکنیکهای آرایه فازی میپردازد. یک ترک مورب با زاویه ۴۵ درجه در ABAQUS با مش دقیق ۰.۰۰۲ برای رسیدن به نتایج با وضوح بالا تعریف شده است. دادههای فشار صوتی از گرههای انتخابشده استخراج و میانگینگیری میشوند و بر روی خوانشهای معنادار تمرکز میشود. آستانه فشار ۰.۰۰۳ پاسکال داده های با دامنه بالا را شناسایی میکند و امکان استخراج زمانهای اوجهای معنادار اول و آخر را فراهم میسازد. طول ترک با محاسبه فاصله زمانی بین این نقاط فشار و ضرب آن در سرعت صوت طولی، که از مدول حجمی و چگالی ماده به دست میآید، تخمین زده میشود.
تبدیل فوریه سریع (FFT) برای تبدیل دادههای فشار در حوزه زمان به حوزه فرکانس استفاده میشود و فرکانسهای غالب برای طولهای ترک بین ۱ سانتیمتر تا ۲۸ سانتیمتر شناسایی میشوند. فرکانسهای اوج برای نشان دادن رابطه آنها با ابعاد ترک ترسیم میشوند و تأثیر اندازه ترک بر پاسخهای صوتی را برجسته میکنند. مقایسه طولهای واقعی و اندازهگیریشده ترکها منجر به جذر میانگین مربعات خطای (RMSE) ۰/۰۷۹۷ و خطای متوسط ۱.۱۲۱۶٪ شد که نشاندهنده دقت بالا است. این تحقیق اثربخشی استفاده از PoR و روشهای آرایه فازی را برای تعامل بهینه امواج با ترکها نشان میدهد و پتانسیل تکنیکهای صوتی در ارزیابی یکپارچگی ساختاری برای تست های غیرمخرب را به نمایش میگذارد.
تبدیل فوریه سریع (FFT) برای تبدیل دادههای فشار در حوزه زمان به حوزه فرکانس استفاده میشود و فرکانسهای غالب برای طولهای ترک بین ۱ سانتیمتر تا ۲۸ سانتیمتر شناسایی میشوند. فرکانسهای اوج برای نشان دادن رابطه آنها با ابعاد ترک ترسیم میشوند و تأثیر اندازه ترک بر پاسخهای صوتی را برجسته میکنند. مقایسه طولهای واقعی و اندازهگیریشده ترکها منجر به جذر میانگین مربعات خطای (RMSE) ۰/۰۷۹۷ و خطای متوسط ۱.۱۲۱۶٪ شد که نشاندهنده دقت بالا است. این تحقیق اثربخشی استفاده از PoR و روشهای آرایه فازی را برای تعامل بهینه امواج با ترکها نشان میدهد و پتانسیل تکنیکهای صوتی در ارزیابی یکپارچگی ساختاری برای تست های غیرمخرب را به نمایش میگذارد.
کلیدواژه ها
Title
Accurate Crack Length Estimation in steel plate by Integrating ABAQUS Simulation and Phased Array Acoustic Waves
Authors
Elahe Sarlakian, Nazanin Barzin, Ehsan Ghafarallahi
Abstract
This study investigates the estimation of crack lengths in steel plates using ABAQUS simulations and acoustic analysis through the Pressure of Reflection (PoR) and phased array techniques. An oblique crack at a 45-degree angle is defined in ABAQUS with a fine mesh of 0.002 for high-resolution results, employing the explicit library and the acoustic element family. Acoustic pressure data are extracted and averaged across selected nodes, focusing on significant readings. A pressure threshold of 0.003 Pa identifies high-amplitude readings, allowing extraction of timestamps for the first and last significant peaks. Crack length is estimated by calculating the time interval between these pressure points and multiplying it by the speed of longitudinal sound, derived from the material's bulk modulus and density.
Fast Fourier Transform (FFT) is used to convert time-domain pressure data into the frequency domain, identifying dominant frequencies for crack lengths ranging from 1 cm to 28 cm. Peak frequencies are plotted to illustrate their relationship with crack dimensions, highlighting the influence of crack size on acoustic responses. The comparison of actual and measured crack lengths yielded a Root Mean Square Error (RMSE) of 0.0797 and an average error of 1.1216%, indicating a high degree of accuracy. This research demonstrates the effectiveness of using PoR and phased array methods for optimal wave interactions with cracks, showcasing the potential of acoustic techniques in assessing structural integrity for non-destructive testing.
Fast Fourier Transform (FFT) is used to convert time-domain pressure data into the frequency domain, identifying dominant frequencies for crack lengths ranging from 1 cm to 28 cm. Peak frequencies are plotted to illustrate their relationship with crack dimensions, highlighting the influence of crack size on acoustic responses. The comparison of actual and measured crack lengths yielded a Root Mean Square Error (RMSE) of 0.0797 and an average error of 1.1216%, indicating a high degree of accuracy. This research demonstrates the effectiveness of using PoR and phased array methods for optimal wave interactions with cracks, showcasing the potential of acoustic techniques in assessing structural integrity for non-destructive testing.
Keywords
crack length estimation, ABAQUS simulations, acoustic analysis, phased array techniques