بررسي انتشار امواج فراصوتي در اندازه‌گيري عيوب صفحه‌اي با استفاده از المان هاي نامحدود

Ultrasonic Evaluation of Planar Defects Using Infinite Elements

روش زمان پرواز پراش (ToFD) يكي از تكنيك هاي آزمون هاي غيرمخرب فراصوتي است كه براي اندازه‌گيري و ارزيابي ناپيوستگي‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين روش بدليل استفاده از اختلاف زماني دريافت امواج، اندازه‌گيري عيوب در مقايسه با ساير روشهاي اندازه‌گيري فراصوتي از دقت بالايي برخوردار است. با اين وجود در روشهاي مرسوم اين آزمون امكان اندازه‌گيري طول ناپيوستگي‌هاي مايل و افقي وجود نداشته و فقط طول تصوير عمودي عيوب قابل اندازه‌گيري مي‌باشد. در اين مقاله با ارائه يك روش جديد، به تحليل و مطالعه استفاده از پراش امواج فراصوتي براي اندازه‌گيري عيوب افقي با استفاده از نرم‌افزار تجاري المان محدود ABAQUS/Explicit پرداخته خواهد شد. بدين منظور پروب-كفشك فراصوتي موجود در سيستم اندازه‌گيري با بكارگيري المان هاي كرنش صفحه‌اي CPE4R و المانهاي نامحدود CINPE4R و اعمال ميرايي جرمي و سختي بمنظور كاهش بازتابش امواج و پژواكهاي نامطلوب در درون كفشك مدلسازي مي‌گردد. همچنين رفتار پارامترهاي مختلف اين سيستم اندازه‌گيري و رفتار امواج پراش در برخورد با عيوب جاسازي شده در درون قطعه شبيه‌سازي شده و مورد تحليل قرار خواهد گرفت. سپس اين روش، در عمق هاي مختلف، براي ترك هاي با طول هاي متفاوت اعمال شده و خطاي اندازه‌گيري در ارزيابي طول عيوب مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد، در مقايسه با روش هاي سنتي آزمون ToFD، نتايج بدست آمده از اين روش داراي دقت مناسبي مي‌باشند.

Time-of-Flight Diffraction (TOFD) technique is a well-known inspection method used in ultrasonic nondestructive evaluation. This inspection technique is based on the time of arrival of the diffracted echoes from the tips of planar discontinuity. This is in contrast with the conventional ultrasonics which rely on the amplitude of specular reflections received from discontinuities. Like any other technique, ToFD has its limitations. In this paper, the finite element method is employed to evaluate the planar defects using ultrasonic time-of-flight diffraction method. The commercially available software ABAQUS/Explicit is used to simulate the ultrasonic wave behavior in the wedge transducers, specimen and wave interaction with the embedded planar defect. The CPE4R plane strain element is employed for discretization of the steel specimen and wedge transducers. The CINPE4 infinite element is also used on the wedge side walls for reducing unwanted echoes and noise reduction inside the ultrasonic wedge. The wave attenuation of the Plexi-glass wedge is simulated as the mass and stiffness proportional damping model. Evaluation and sizing of various defects show that, the accuracy of the proposed method is within acceptable range compared to the conventional ToFD method.