شبيه سازي انتشار امواج توسط پروب آرايه فازي خطي با طراحي بهبوديافته در آزمون هاي بازرسي فراصوتي

Simulation of Waves Propagation via Linear Phased Array Probe with Improved Design (in Ultrasonic Inspection Tests)

از روش‌هاي نوين آزمون‌ و ارزيابي‌هاي غيرمخـرب فراصـوتي، استفـاده از پروب‌هـايي با چند المان تحريـك‌پذير جهت انتشار امواج در ماده مي‌باشـد. از مهمترين عوامل تاثير گذار بر عملكرد اين پروب‌ها مي‌توان به نحوه‌ي چينش المان‌ها در پروب، تعداد المان‌ها، فاصله‌ي بين دو المان، طول هر المان و زمان‌بندي تأخير‌ اعمالي در برانگيزش پروب‌ها اشاره كرد. پروب آرايه فازي خطي، نوعي از پروب‌هاي آرايه فازي است كه چينش المان‌ها در آن به‌طور رديفي در امتداد يك خط مي‌باشد. در اين پژوهش با تحليل روابط موجود در طراحي و عملكرد پروب‌ها در انتشار امواج فراصوت، مقادير بهبوديافته‌اي براي پارامترهاي هندسي در طراحي پروب و همچنين زمان‌بندي تأخيرها در تحريك المان‌هاي پروب تعيين مي‌شود. به منظور ارزيابي عملكرد طرح بهبوديافته در مقايسه با يك پروب‌ معمول مشابه، يك آزمون فراصوت آرايه فازي به كمك نرم افزار اجزاء محدود آبـاكـوس شبيه‌سازي مي‌شود و توسط آن عملكرد پروب معمولي و بهبود‌يافته در پخش امواج هدايت‌شونده درون يك ورق آلومينومي مربع شكل با ضخامت كم مقايسه مي‌شود. در بخش اول، ضريب تضعيف سيگنال‌هاي دريافتي از پژواك موج مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد، و در بخش دوم، عملكرد پروب‌ها در پايش شعاعي مقـايسه ميشوند. در هر دو بخش آزمون‌هاي شبيه‌سازي‌شده، نتايج مربوط به پروب با طراحي بهبوديافته به مراتب بهتر از پروب معمولي مشابه است. پروب با طراحي بهبوديافته ‌ضمن انتشار امواج فراصوت با بيشينه‌ي انرژي جبهه‌ي موج، دسته پرتو را با دقت بالاتري در راستاي موردنظر هدايت مي‌كند.

Ultrasonic Phased Arrays are an emerging technology in nondestructive testing and evaluation. Some important factors affecting on the performance of these probes include, positioning elements in probe, number of elements, distance between two elements, elements length, and time delays to excite probe elements. The type of linear phased array probes is a prevailing type in which elements placed side by side and longitudinally. In this paper based on analyzing the existent laws in design and performance of the phased array probes related to the propagation of ultrasonic waves, an improved dimensional design for ultrasonic linear phased array probes, as well as improvement of the sequence of time delays to excite the probe elements are done. In order to evaluate the performance of the probe with improved design in comparison with a similar ordinary probe, an ultrasonic phased array test is simulated using FEMbased ABAQUS software. By numerical simulations, the performance of the probe with improved design versus the ordinary probe for propagating the guided waves in a thin square aluminum plate is compared. In first part, the attenuation coefficient of the received signals of reflected wave is evaluated, and in second part, the performance of the probes for radial scanning is compared. Results of both simulations confirm that the performance of the probe with improved design is much better than the similar ordinary one. Specially, the probe with improved design propagates the ultrasonic waves with the maximum head wave energy, and steers them with higher accuracy towards a determined direction.