مدل سازی کامسول

مدل سازی روش های NDT با استفاده از کامسول

در این مقاله قصد داریم به معرفی مدل سازی NDT در کامسول بپردازیم. آزمایش های غیر مخرب (NDT) در آکادمی و صنعت از وسایل کنترل کیفیت ، بازرسی محصول ، ارزیابی طول عمر و موارد دیگر استفاده گسترده ای دارد. اطمینان از ایمنی سیستم های فنی در حین کار اهمیت دارد زیرا برای جلوگیری از بروز حوادث و از دست دادن جان انسان است. تقریباً تمام ابزارهای NDT تحت تأثیر عوامل بیرونی قرار دارند. به عنوان مثال ، مواد ناشی از دما تغییر می کنند. در کل دلایل زیادی برای مدل سازی تکنیک های NDT با یک پلتفرم اختصاصی چند فیزیکی وجود دارد.

بیشتر اوقات ، رویکرد NDT با هدف “بازرسی” از مواد یا ساختار و تلاش برای بازیابی برخی از اطلاعات از سیگنال های ارائه شده توسط ابزار تست است. در برخی از روش ها ، این کار ساده است ، زیرا روابط بین امواج خرابی ها و هر نوع ناپیوستگی قابل درک است. با این حال ، در اکثر روشهای NDT چنین نیست.

برای آزمایش التراسونیک فعال ، ما یک موج اولتراسونیک را به داخل مواد می فرستیم و سعی می کنیم ساختار داخلی را از موج منعکس شده درک کنیم. در بسیاری از موقعیت های عملی ، تعامل موج با ساختار داخلی برای بازرس انسان شهودی نیست.

مدل سازی کامسول برای روشن کردن جزئیات چنین انتشار و تعامل موج میتواند بسیار مفید باشد.

ترموگرافی فعال

در ترموگرافی فعال ، مواد یا سازه ها را توسط یک منبع خارجی (به عنوان مثال ، یک لامپ) یا منبع داخلی (به عنوان مثال اصطکاک) گرم می کنیم تا باعث تغییر ناگهانی دما شود. در صورت عدم وجود اختلاف ، توزیع گرما متفاوت با بقیه مواد است. ما این تغییر دما را توسط دوربین های IR به عنوان تابعی از زمان اندازه گیری و کنترل می کنیم. با این حال ، در شرایط عملی ، نشانه ها ممکن است سایه انداخته شود ، ممکن است حرارت به دلیل زاویه دوربین رخ داده و منابع اضافی یا نشت گرما می توانند اندازه گیری را دچار مشکل کنند.

مدل سازی ، به نوبه خود ، خیلی کمک می کند تا شرایط آزمایشگاهی معنی دار مانند فرکانس آزمایش و مدت چرخه گرما را حتی قبل از شروع اندازه گیری مشخص کنید. می توان ناپیوستگی ها (هر نوع ناهنجاری ، مانند نقص ، تغییرات مواد و حفره ها) را قرار داد و تعامل آنها را با تغییرات دما ارزیابی کرد.

در زیر مقایسه تصاویر فاز از اندازه گیری های آزمایشی با استفاده از ترموگرافی و مدل سازی تقویت شده با فیبر با چندین نقص داخلی را مشاهده می کنیم. برای آزمایش اثربخشی یک پارامتر بازرسی ، مانند فرکانس و موارد دیگر ارزیابی اولیه خوبی را ارائه می دهند.

 

phase-images در مدل سازی کامسول

phase-images در مدل سازی کامسول

 

بالا: تصاویر فاز از اندازه گیری های آزمایشی در ترموگرافی برای ماده تقویت شده با فیبر با چندین نقص داخلی. پایین: مدل سازی متناظر برای سه فرکانس آزمون.

التراسونیک

در التراسونیک ، ما با ارسال یک پالس آکوستیک در محدوده فرکانس التراسونیک به داخل، مواد و ساختارها را بازرسی می کنیم و سپس پژواک آن را تشخیص می دهیم. تفسیر چنین امواج التراسونیک چیزی است که بیشتر در دسترس پرسنل آزمایش با تجربه است. با توجه به پیچیدگی انتشار موج صوتی در سناریوهای تست واقعی و تعامل آنها با هر نوع ناپیوستگی داخلی ، بسیاری از نتیجه گیری ها به اندازه گیری های مقایسه ای روی می آورند.

با استفاده از قدرت مدل سازی ، می توانید شروع به شبیه سازی پخش موج مافوق صوت در فضای داخلی سازه و تعامل آن با انواع ناپیوستگی ها را مشاهده کنید. این به طور قابل توجهی تفسیر سیگنالهای تجربی را بهبود می بخشد. با مدل سازی چندتایی از مبدل ها ، همچنین می توان طراحی آنها را بهینه کرد و انتخاب مناسبی را برای یک شرایط بازرسی معین انتخاب کرد. این امر به ویژه برای یافتن فرکانس های تست مناسب و زاویه های بروز مفید است ، و همچنین به درک چگونگی تبدیل موج اولتراسونیک به یک سیگنال برقی به طور کلی کمک می کند.

همانطور که در تصویر زیر مشاهده می شود ، با استفاده از مدل سازی چند فازی خاص ، یک مدل مبدل متقارن ۲D-axymmetric با یک مدل سه بعدی از یک منطقه مورد نظر در داخل یک ساختار آزمون ترکیب شده است. سیگنال های ولتاژ الکتریکی حاصل ممکن است به طور مستقیم با یک سیگنال آزمایشی مقایسه شوند و امکان ارزیابی میزان نقص داخلی مدل مدل شده را فراهم می آورد.

inspection-geometry-internal-interaction

inspection-geometry-internal-interaction

 

سمت چپ: شماتیک هندسه بازرسی (به رنگ سیاه) ، شامل حجم مستقیماً زیر مدل مبدل به عنوان یک منطقه (ROI). سمت راست: تجسم تعامل داخلی حادثه میدان موج صوتی به برخی منافذ موجود در ROI.

امواج هدایت شده

نوع دیگری از روش آزمایش که از امواج مافوق صوت استفاده می کند ، آزمایش موج هدایت شده است. در ساختارهای دیواره نازک ، چنین امواج هدایت شده به دلیل محدودیت هندسی محیط انتشار در یک محور (به عنوان مثال ، جهت ضخامت) شکل می گیرد. در سازه های مسطح ، این امواج هدایت شده را امواج صفحه ای می نامند ، در حالی که در لوله ها ، به این موج های استوانه ای گفته می شود.

برای بازرسی از خطوط لوله ، این امواج کاملاً سودمند هستند ، زیرا این امکان را می دهد تا بخش های بزرگی از خط لوله را با یک موج بررسی کنید. با این حال ، تعامل با ناپیوستگی های داخلی برای آزمایش کلاسیک اولتراسونیک کلاسیک حتی چالش برانگیز تر است. دلیل این امر شکل گیری چندین حالت موج مجزا است که به نوبه خود به طور مستقل با ناپیوستگی های داخلی در تعامل هستند و حتی پس از بازتاب به طور بالقوه حتی به حالت های بیشتری تقسیم می شوند. در مدل سازی ، تجسم رفتار انتشار آنها به طور چشمگیری به درک نوع حرکت موج در یک شرایط بازرسی معین کمک می کند. علاوه بر این مدل سازی چند فازی امکان بررسی کارآمد عوامل نفوذ ، مانند تغییرات ناشی از دما از محیط انتشار را نیز فراهم می آورد.

مثال مقایسه ای است از دو حالت موج مختلف که در مرکز صفحه که به طور خلاصه پس از تعامل با یک سوراخ در صفحه و یک نقطه جوش داده شده در صفحه تحریک می شود. با وجود قطر یکسان ، میدان موج حاصل متفاوت است. در حالی که حالت موج با فرکانس پایین تحت تأثیر مانع قرار نمی گیرد ، حالت موج با فرکانس بالا تعامل جدی و در نتیجه قابلیت تشخیص را فراهم می کند.

wave-fields-behavior

wave-fields-behavior

 

انتشار صوتی

روش انتشار صوتی از سیستم های سنجش پیزوالکتریک استفاده می کند که مستقیماً به یک ماده یا ساختار متصل می شوند. مشابه زمین لرزه ها در مقیاس بسیار بزرگتر ، بروز ترک خوردگی میکروسکوپی در یک ماده باعث ایجاد موج الاستیک می شود که در محدوده مافوق صوت منتشر می شود. وقوع این انتشار آکوستیک نشانگر وضعیت آسیب یک ماده است و با استفاده از یک آرایه سنسور می توان منابع آن را مش بندی کرد. با این حال ، تفسیر سیگنال های ضبط شده بسیار چالش برانگیز است. بخش عمده ای از تفسیرها بر اساس تجربه اپراتورها یا برآوردهای موجود در استانداردها و دستورالعمل ها انجام می شود.

با مدل سازی فرایند کامل ، یک چشم انداز کاملاً جدید در مورد انتشار آکوستیک حاصل می شود. این امر نیاز به مدل سازی مکانیکی انتشار ترک پویا ، تبدیل آن به موج اولتراسونیک و انتشار موج آن دارد. سرانجام ، فرآیند تشخیص با استفاده از سنسورهای پیزوالکتریک باید به اندازه کافی ضبط شود ، زیرا تأثیر زیادی در اطلاعات سیگنال دارد. برای تأمین این خواسته ها ، به یک مدل چند طبقه ای و چند مرحله ای نیاز است.

با امکان پیوند مکانیک سازه با مدل سازی موج گذرا و تبدیل پیزو الکتریک ، چنین مواردی را می توان به آسانی ، همانطور که در زیر مشاهده می شود ، بدست آورد. با شروع با یک مدل سازی مبتنی بر شکستگی مکانیکی از یک نوع نقص خاص ، انتشار موج الاستیک حاصل به آسانی می تواند حاصل شود. با مدل سازی سنسور پیزوالکتریک اختصاصی ، این امکان تبدیل به یک سیگنال الکتریکی و مقایسه مستقیم با سیگنال های آزمایشی را فراهم می آورد.

 

wave-field-propogation در مدل سازی کامسول

wave-field-propogation در مدل سازی کامسول

سمت چپ: مدل سازی ثابت از یک میدان استرس بصورت موضعی در نوک شکاف. مرکز: انتشار ترک پویا با استفاده از مدل سازی منطقه منسجم. راست: پخش یک میدان موج پس از ترک.

جریان های گردابی

برای بازرسی از مواد رسانا ، آزمایش جریان گردابی غالباً مورد استفاده قرار می گیرد. این اندازه گیری مبتنی بر برانگیختگی جریانهای گردابی در داخل ماده آزمایش با استفاده از میدان مغناطیسی (اولیه) یک سیم پیچ محور AC در داخل یک مبدل است. میدان مغناطیسی بسیار کوچکتر (ثانویه) تولید شده توسط جریان eddy با سیم پیچ مبدل ضبط می شود. در صورت بروز هرگونه ناپیوستگی در داخل مواد (به عنوان مثال ترک) ، جریان های گردابی ایجاد می شود و بازخورد آن در سیم پیچ تشخیص داده می شود. از این رو ، تمام تفسیر سیگنال بر اساس تغییر امپدانس الکتریکی کویل است. مانند روش های صوتی ، تفسیر این تغییرات در مقاومت در برابر الکتریکی نیاز به مهارت و تجربه بالا دارد. مکانیسم تعامل با وجود اصول جسمی سفت و سخت ، آموزش و درک آنها بسیار دشوار است.

مدل سازی همراه با محیط اطراف آن به ضبط اصول مهم آزمایش جریان گردابی کمک می کند. علاوه بر این ، طرح های جدید پروب و حساسیت آنها در تشخیص نقص در سناریوهای داده شده قابل ارزیابی است. با استفاده از جدیدترین مدل های میدان الکتریکی و مغناطیسی ، همراه با مدل سازی مدار P-Spice ، این یک روش ساده است.

در زیر نمایی از خطوط میدان مغناطیسی اولیه که در اطراف یک پروب جریان گرداب شکل گرفته اند ، مشاهده می کنید. وجود نقص (به عنوان مثال ترک) باعث ایجاد تغییر چشمگیر در الگوی جریان جریان گردابی می شود و میدان مغناطیسی را تحت تأثیر قرار می دهد. واکنش پروب به حضور نقص از اتصال میدان مغناطیسی ناشی از جریان گردابی به امپدانس سیم پیچ ارزیابی می شود.

eddy-current-flow-pattern در مدل سازی کامسول

eddy-current-flow-pattern در مدل سازی کامسول

 

روش های دیگر NDT

علاوه بر مثالهایی که در بحث مدل سازی کامسول ارائه شد ، بسیاری از روشهای NDT متداول دیگر می توانند از مدل سازی چند فیزیک در کامسول بهره ببرند. برای آزمایش نفوذ مایع ، عمل مویینگی می تواند مدل شود. شکل گیری نشانه ها در آزمایش ذرات مغناطیسی از مدل سازی میدان های نشت نزدیک به ناپیوستگی محاسبه می شود. سطح تغییر شکل ناشی از دما در برش را می توان در روشهای ترمومکانیکی بدست آورد. تعامل مایکروویوها یا امواج تراهرتز با ساختار داخلی قابل محاسبه است و طراحی بهینه را میتوان بهینه کرد.

سرانجام ، با توانایی منحصر به فرد و آسان خود در ترکیب انواع مختلف فیزیک ، نرم افزار کامسول همچنین به توسعه تکنیک های آینده NDT کمک می کند. اینها بیشتر و بیشتر به مفاهیم چندرسانه ای می پردازند و از مدل سازی اختصاصی در کنار توسعه تجربی آنها بهره مند می شوند. سوال این نیست که آیا می توان روش NDT را در کامسول مدل سازی کرد یا خیر ، اما اگر سطح مورد نیاز جزئیات بیش از منابع محاسباتی موجود باشد میتوان از کامسول استفاده کرد.