تحلیل اجزای محدود آزمون غیرمخرب دمانگاری ارتعاشی به کمک فرکانس تشدید عیب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 استاد دانشگاه خواجه نصیر

3 دانشکده مهندسی برق و الکترونیک، دانشگاه استرثکلاید، گلاسگو، انگلستان

چکیده

دما‌نگاری ارتعاشی یک روش جدید آزمون غیرمخرب است که با استفاده از امواج فراصوتی به عنوان عامل تحریک، عیوب سطحی و یا زیرسطحی را به ارتعاش درآورده و موجب گرم شدن ناحیه عیب می‌شود. بدین ترتیب ناحیه عیب که گرمتر از سایر قسمت‌های قطعه است به راحتی با روش دمانگاری شناسایی می‌شود. سایش لبه های عیب بر روی یکدیگر، رفتار ویسکوالاستیک ناحیه عیب و ارتعاشات غیرخطی در ناحیه عیب از عوامل مهم ایجاد گرادیان دمایی در محل عیب محسوب می شوند. گرادیان دمای ایجاد شده، توسط یک دوربین فروسرخ قابل شناسایی است. در این مقاله در بخش اول، از ﯾﮏ ﻣﺪل اجزای ﻣﺤﺪود ﺟﻬﺖ ﺷﺒﯿﻪﺳﺎزی ﭘﺪﯾﺪه دمانگاری ارتعاشی استفاده می شود. مدل مورد نظر بر روی یک ورق آلومینیومی با عیبی به شکل یک سوراخ کف تخت طراحی می‌شود. فرکانس تشدید عیب به کمک روابط تئوری ارتعاشات و حل اجزای محدود به همراه الگوریتم مبتنی بر تحلیل فرکانسی مورد بررسی قرار می گیرد و نتایج بدست آمده از این دو روش با نتیجه حاصل از روش تحلیل فرکانس اصلی مقایسه می شود. علاوه بر این در قسمت دوم مقاله، یک موج سینوسی با دامنه مدوله شده شامل فرکانس تشدید عیب (فرکانس سیگنال حامل) و فرکانس مرتبط با طول نفوذ حرارتی (فرکانس سیگنال پیام)، در مدت زمان معین به قطعه اعمال می‌شود. تصاویر دامنه و فاز حرارتی با استفاده از امواج حرارتی متاثر از گرادیان دمایی ایجاد شده در قطعه به کمک الگوریتم چهار نقطه، به منظور شناسایی و اندازه گیری مکان، اندازه و هندسه عیب تشکیل می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Finite element analysis of vibro-thermography nondestructive testing technique via local defect resonance

نویسندگان [English]

  • Seyed Ali Ghorashi 1
  • Farhang Honarvar 2
  • Morteza Tabatabaeipour 3
1 Faculty of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Faculty of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
3 Department of Electronic and Electrical Engineering, University of Strathclyde, Glasgow G11XW, UK
چکیده [English]

Vibro-thermography is an emerging and promising technique that uses ultrasonic elastic waves as an excitation source to detect and evaluate surface and subsurface defects. Friction of the edges of defects, viscoelastic behavior and non-linear vibrations of the defect region are the main sources of heating and the temperature gradient that shows up synchronously with variations of non-linear elastic energy. The temperature gradient in the defect region can be imaged by an infrared camera in order to estimate the location and size of the defects. In this paper, the vibro-thermography is simulated in COMSOL Multiphysics software. Lamb waves are used to excite an aluminum plate containing a flat-bottomed hole. First, the resonance frequency of the defect is found by means of the theory of vibrations and also by finite element method (FEM). An algorithm that incorporates frequency analysis as a function of out-of-plane displacements is used to verify this frequency and the results are compared with the eigenfrequency analysis results. The agreement observed between the theoretical and numerical models is found to be very good. The plate is then excited by an amplitude modulated sine-burst at the local defect resonance (LDR) frequency and a frequency related to the thermal penetration depth. Thermal image processing is carried out on the thermal waves to obtain their amplitude and phase images. By considering a four-point algorithm, the location, size and geometry of the defect is estimated with good accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultrasonic waves
  • Thermography
  • defect resonance
  • thermal image processing
  • four-point algorithm