بررسی تحلیلی و عددی انعکاس امواج فراصوت هدایت شده از سطح عیب خوردگی در لوله

محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی

پژمان تقی پور بیرگانی ¹

1 - گروه مهندسی مکانیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

تاریخ دریافت : 1401/01/25 تاریخ پذیرش : 1401/03/20 تاریخ انتشار : 1401/03/01

کلید واژه: نمودارهای تجزیه, ضریب بازتاب, امواج فراصوت هدایت شده, عیب خوردگی محیطی,

چکیده مقاله :

در این مقاله ضریب بازتاب امواج فراصوت هدایت شده از سطح یک عیب خوردگی محیطی جهت یافتن رابطه‌ای بین این ضریب و اندازه‌ی عیب بررسی شده‌است. در ابتدا با حل معادلات حاکم بر انتشار موج به روش ماتریس کلی و با توجه به شرایط مرزی موجود در لوله، نمودارهای تجزیه سرعت فاز و سرعت گروه استخراج شده، سپس شبیه‌سازی انتشار موج با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس انجام شده است. به منظور تولید موج در لوله از مود طولی (2,0)L که از خصوصیات فرکانسی مناسبی برخوردار است استفاده شده است. پس از بررسی هم‌گرایی، انتشار موج در لوله‌ی دارای عیب با ابعاد مختلف بررسی شده است. در شبیه‌سازی انتشار موج، بخشی از موج تولید شده پس از برخورد به عیب، انعکاس پیدا کرده و مودهای مختلفی حاصل شده که با محاسبه‌ی سرعت مودهای بازگشتی و مقایسه‌ی این سرعت‌ها با نمودار تجزیه سرعت گروه در فرکانس 170 کیلوهرتز، اولین مود بازتابی مود (2,0)L و دومین مود بازتابی، مود (2,1)F می‌باشد. با توجه به ابعاد مختلف عیب، ضرایب بازتاب مختلفی حاصل شده و مشاهده شده که با افزایش عمق عیب، ضریب انعکاس موج بازتابی طولی نیز افزایش پیدا می‌کند. در این مقاله همچنین تاثیر پهنای خوردگی محیطی بر روی ضریب انعکاس موج طولی نیز بررسی شده و مشاهده شده که ضریب انعکاس امواج فقط به عمق عیب بستگی داشته و با تغییر پهنای خوردگی محیطی تغییر چندانی ندارد.

چکیده انگلیسی:

In this article, reflection coefficient of ultrasonic guided waves from surface of a circumferential corrosion is evaluated to find the relation between this coefficient and the size of defect. In the present work, firstly, by solving the governing equations of the wave propagation with general matrix method and according to the boundary conditions in the pipe, dispersion curves of the phase velocity and group velocity were obtained, then simulation of wave propagation was performed using Abaqus finite element software. In this method, a longitudinal L(0,2) mode, which has good frequency characteristics, was used to generate the wave in the pipe. After determining the convergence, the wave propagation was carried out in the pipe with different dimension of defect. It was observed that part of the generated wave after collision to defect was reflected and various modes were generated that the first reflected mode was L(0,2) and the second reflected mode according to the group velocity dispersion curves of different modes was F(1,2). Different reflection coefficients were obtained due to different dimension of defects, and it was observed that with increasing defect depth, the reflection coefficient of the reflected wave also increased. In this article, the effect of circumferential corrosion width on the reflection coefficient of longitudinal wave has been investigated and it has been observed that the reflection coefficient of waves depends only on the depth of the defect and does not change much with the change of circumferential corrosion width.

منابع و مأخذ:

[1] Alleyne, D.N.,  Cawley, P., (1996). The effect of discontinuities on the long-range propagation of lamb waves in pipes, Journal of Process Mechanical Engineering, 210(11), pp. 217-226.

[2] Alleyne, D.N., Lowe, M.J.S., Cawley, P., (1998). The reflection of guided waves from circumferential notches in pipes, Journal of Applied Mechanics, 65(3), pp. 635-641.

[3] Lowe, M.J.S., Alleyne, D.N., Cowley, P., (1998). The mode conversion of a guided wave by a part-circumferential notch in a pipe, Journal of Applied Mechanics, 65(3), pp. 649-656.

[4] Jae, H.,  Shin, Rose, J.L., (1999). Guided waves by axisymmetric and non-axisymmetric surface loading on hollow cylinders, Ultrasonics,37(5), pp. 355-363.

[5] Alleyne, D.N.,  Pavlakovic, B., Lowe, M.J.S.,  Cawley, P., (2001). Rapid, long range inspection of chemical plant pipework using guided waves, Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation,20, pp. 180-187.

[6] Demma, A., Cawley, P., Lowe, M.J.S., (2004). The reflection of guided waves from notches in pipes: a guide for interpreting corrosion measurements, NDT & E International,37(3), pp. 167-180.

[7] Wang, X., Tse, P.W., Mechefske, C.K.,  Hua, M., (2010). Experimental investigation of reflection in guided wave-based inspection for the characterization of pipeline defects, NDT&E International, 43, pp. 365–374.

[8] Zheng, M. F., Lu, C., Chen, G. Z., Men, P., (2011). Modeling three-dimensional ultrasonic guided wave propagation and scattering in circular cylindrical structures using finite element approach, Physics Procedia, 22, Pp. 112-118.

[9] Qing-Tian, D., Zhi-Chun, Y., (2013). Wave propagation analysis in buried pipe conveying fluid, Applied Mathematical Modeling,37, pp. 6225–6233.

[10] Wang, Y.S.,  Liu, K., Wu, Z., Ma, S., (2015). The reflection of guided waves from simple dents in pipes, Ultrasonics, 57, pp. 190-197.

[11] Maghami, S., Honarvar, F., Bouzary, H., (2016). Simulation of ultrasonic guided waves in pipes by finite element method, In Proceedings of the 3rd Iranian International NDT Conference, Tehran, Iran.

[12] Zhang, X., Tang, Z., Lu F. and Pan, X., (2016) Excitation of dominant flexural guided waves in elastic hollow cylinders using time delay circular array transducers, Wave Motion, 62, pp. 41–54.

[13] Taghipour Birgani, P., (2020). Ultrasonic guided waves reflection from simple dent in pipe for defect rate estimation and parameters determination of axisymmetric wave generation source, Journal of Computational Applied Mechanics,51(1), pp. 66-71.

[14] Mu, J., (2008). Guided wave propagation and focusing in viscoelastic multilayered hollow cylinder, A Dissertation in Engineering Science and Mechanics, Department of Engineering Science and Mechanics.