ارزیابی فراصوتی با استفاده از مدهای مرتبه بالای امواج لمب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعت نفت

2 گروه مهندسی بازرسی فنی و ایمنی، دانشگاه صنعت نفت

چکیده

در آزمونهای فراصوتی با استفاده از امواج هدایت شونده برای افزایش محدوده بازرسی عموما از امواج در محدوده فرکانسهای پایین استفاده می‌شود. با کاهش فرکانس امواج ارسالی علاوه بر کمتر شدن تعداد مدهای تولید شده در سازه، تولید مدهای پایه، و ساده‌تر شدن تفسیر نتایج، رفتار غیر دیسپرسیو و استهلاک پایین موج موجب افزایش طول بازرسی می‌شود. با این وجود استفاده از فرکانسهای پایین جهت انجام آزمون موجب کاهش حساسیت و قابلیت تفکیک این روش ارزیابی می‌شود. در این مقاله استفاده از مدهای بالاتر امواج هدایت شونده با فرکانس بالا برای بازرسی ورقها در فاصله کوتاه برای بهبود حساسیت آزمون مورد مطالعه و بررسی قرار می‌گیرد. بدین منظور ابتدا با مدلسازی عددی امواج هدایت شونده تولید شده توسط یک تراگذار زاویه متغیر، مدهای A1 و S1 در محدوده فرکانسهای بالا شبیه سازی می‌شود. با استفاده از این مدل، الگوی توزیع انرژی موج در این دو مد در سازه مورد ارزیابی قرار گرفته و با یکدیگر مقایسه می‌شوند. نتایج بدست آمده از آزمونهای آزمایشگاهی برای یک ورق فولادی، نشان می‌دهد که خطای نسبی اندازه‌گیری مد S1 در فاصله‌های کوتاه با استفاده از یک پروب 2 MHz کمتر از 10%است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Ultrasonic Evaluation Using Higher Order Lamb Wave Modes

نویسندگان [English]

  • Sina Sodagar 1
  • Mohammad Javad Ranjbar 2
1 Department of Mechanical Engineering, Petroleum University of Technology
2 Department of Technical Inspection Engineering, Petroleum University of Technology
چکیده [English]

Long-ranged guided wave inspection systems are often used in a low frequency–thickness range below the cut-off frequency of the higher wave modes to simplify data interpretation. In this paper, the potentials of ultrasonic high order guided wave modes are studied in the inspection of plate structures. The wave propagation characteristics of high order wave modes and the corresponding sensitivity and detectability are investigated. Using the commercially available software ABAQUS, finite element simulations are carried out to model the ultrasonic wedge transducer and the inspection system for simulation of A1 and S1 wave mode distribution. Using a variable angle transducer, experimental pulse–echo technique is employed to evaluate the measurement relative errors obtained from two high order wave modes, A1 and S1, for a 2 mm steel plate at 4 MHz.mm of frequency–thickness. The experimental measurements show that for various transducer positions, the relative errors obtained by the S1 mode are less than 10% for short-range measurements.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ultrasonic
  • Guided waves
  • High order modes
  • High frequency
  • Lamb wave
Wilcox, P.D., Lowe, M.J., and Cawley, P. (2001). Mode and transducer selection for long range lamb wave inspection. J. Intell. Mater. Syst. Struct., 12 (8), 553–565.
Rose, J.L. (2002). A baseline and vision of ultrasonic guided wave inspection potential. J. Pressure Vessel Technol., 124 (3), 273– 282.
Moser, F., Jacobs, L.J., Q, J. (1999). Modeling of elastic wave propagation in waveguides with the finite element method. NDT&E Int., 32, 225-234.
Fong, K.L.J. (2005). A study of curvature effects on guided elastic waves. PhD dissertation, Imperial College, London.
صداقتی، ع؛ هنرور، ف؛ سینکلر، آ. (1395) مطالعه پراکندگی امواج لمب از یک سوراخ استوانه­ای با استفاده از روش اجزاء محدود و آزمون تجربی. مجله مهندسی مکانیک مدرس، دوره 16، شماره 12، ص 404-395.
Masserey, B., Fromme, P. (2013). Fatigue ­crack growth monitoring using high-frequency guided waves. Struct. Health Monitor., 12, 484–493.
Terrien, N., Osmont, D., Royer, D. Lepoutre, F., Déom, A. (2007). A combined finite element and modal decomposition method to study the interaction of Lamb modes with micro-defects. Ultrasonics, 46, 74–88.
Greve, D.W., Zheng, P., Oppenheim, I.J. (2008). The transition from Lamb waves to longitudinal waves in plates. Smart Mater. Struct. 17, 035029.
Chan, H., Masserey, B., Fromme, P. (2015). High frequency guided ultrasonic waves for hidden fatigue crack growth monitoring in multi-layer model aerospace structures. Smart Mater. Struct. 24, 025037.
Masserey, B., Raemy, C., Fromme, P. (2014). High frequency guided ultrasonic waves for hidden defect detection in multi-layered aircraft structures. Ultrasonics 54, 1720–1728.
Chuprin, V.A. (2013). An experimental study of the characteristics of the acoustic field of zero normal plate modes. Acoust. Phys. 59, 115–125.
Jayaraman, C., Krishnamurty, C.V., Balasubramaniam, K., (2009). Higher order modes cluster (HOMC) guided waves- A new technique for NDT inspection. In: AIP Conference Proceedings 1096, (pp 121-128).
Reddy, S.H., Rajagopal, P., C.V., Balasubramaniam, K., Dixon, S. (2017). Interaction of higher order modes cluster (HOMC) guided waves with notch-like defects in plates. In: AIP Conference Proceedings 1806, 030015.
Rose, J.L. (2014). Ultrasonic guided waves in solid media, Cambridge University Press.
Bartolia, I., Lanza di Scalea, F., Fateh, M., Viola, E. (2005). Modeling guided wave propagation with application to the long-range defect detection in railroad tracks. NDT&E Int., 38, 325–334.
Mosera, F., Jacobsa, L.J., Qub, J. (1999). Modeling elastic wave propagation in waveguides with the finite element method. NDT and E Int. 32, 225–234.
سید حیات غیب، ب؛ سوداگر، س. (1395) بررسی انتشار امواج فراصوتی در اندازه­گیری عیوب صفحه­ای با استفاده از المان­های نامحدود. مجله مهندسی مکانیک مدرس، دوره 16، شماره 11، ص 216-210.
Ranjbar Naserabadi, M.J., Sodagar, S. (2017). Ultrasonic high frequency lamb waves for evaluation of plate structures”, Acoustical Physics, 63, 402-409.