تحليل اجزاي محدود آزمون غيرمخرب دمانگاري ارتعاشي به كمك فركانس تشديد عيب

دما‌نگاري ارتعاشي يك روش جديد آزمون غيرمخرب است كه با استفاده از امواج فراصوتي به عنوان عامل تحريك، عيوب سطحي و يا زيرسطحي را به ارتعاش درآورده و موجب گرم شدن ناحيه عيب مي‌شود. بدين ترتيب ناحيه عيب كه گرمتر از ساير قسمت‌هاي قطعه است به راحتي با روش دمانگاري شناسايي مي‌شود. سايش لبه هاي عيب بر روي يكديگر، رفتار ويسكوالاستيك ناحيه عيب و ارتعاشات غيرخطي در ناحيه عيب از عوامل مهم ايجاد گراديان دمايي در محل عيب محسوب مي شوند. گراديان دماي ايجاد شده، توسط يك دوربين فروسرخ قابل شناسايي است. در اين مقاله در بخش اول، از ﯾﮏ ﻣﺪل اجزاي ﻣﺤﺪود ﺟﻬﺖ ﺷﺒﯿﻪﺳﺎزي ﭘﺪﯾﺪه دمانگاري ارتعاشي استفاده مي شود. مدل مورد نظر بر روي يك ورق آلومينيومي با عيبي به شكل يك سوراخ كف تخت طراحي مي‌شود. فركانس تشديد عيب به كمك روابط تئوري ارتعاشات و حل اجزاي محدود به همراه الگوريتم مبتني بر تحليل فركانسي مورد بررسي قرار مي گيرد و نتايج بدست آمده از اين دو روش با نتيجه حاصل از روش تحليل فركانس اصلي مقايسه مي شود. علاوه بر اين در قسمت دوم مقاله، يك موج سينوسي با دامنه مدوله شده شامل فركانس تشديد عيب (فركانس سيگنال حامل) و فركانس مرتبط با طول نفوذ حرارتي (فركانس سيگنال پيام)، در مدت زمان معين به قطعه اعمال مي‌شود. تصاوير دامنه و فاز حرارتي با استفاده از امواج حرارتي متاثر از گراديان دمايي ايجاد شده در قطعه به كمك الگوريتم چهار نقطه، به منظور شناسايي و اندازه گيري مكان، اندازه و هندسه عيب تشكيل مي شود.

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.