Modellering av oförstörande provning med ultraljud: rörgeometrier

Transkript

1 Modellering av oförstörande provning med ultraljud: rörgeometrier Anders Boström Chalmers tekniska högskola Institutionen för tillämpad mekanik Göteborg Forskning finansierad av SSM (tidigare SKI)

2 Innehåll Varför forskning inom området? Användning av modellering Matematiska metoder vid modellering UTDefect Valideringar Sprickor i rör Slutsatser

3 Varför forskning inom ultraljud? Leder till användbara resultat Ger teknologie doktorer inom området som kan jobba i branschen Kan hjälpa till att höja nivån och statusen på området Behövs för kvalificerad undervisning inom området Ett nytt mastersprogram inom Nuclear engineering startade på Chalmers hösten 2009

4 Användning av modellering Hjälper till att ge en fysikalisk förståelse, användbart som pedagogiskt hjälpmedel Enkelt att utföra parameterstudier, mycket billigare än experiment Bra för optimering av provning (sökartyp, etc) och utformning av testblock Kan användas vid kvalificering av metoder ( technical justification ) och personal

5 Matematiska metoder vid modellering * Analytiska och halvanalytiska metoder för defekter i form av sfär eller sidoborrat hål samt för sökarmodellering * Numeriska metoder: - finita-element-metoder (FEM) - finita-volym-metoder (EFIT) - randintegralmetoder (BEM) * Högfrekvensapproximationer: - strålgångsmetoder - geometrisk diffraktionsteori (GTD) för kantspridning - Kirchhoffteori

6 Begränsningar med modellering Linjär teori Idealiserade geometrier, som plana ytor och skarpa sprickspetsar Inget brus såsom korngränsbrus Dämpning försummas eller modelleras mycket enkelt Homogena material antas Idealiserad sökarmodell, normalt pistongtyp Testblock har också sina begränsningar, framför allt vad gäller defekter

7 Datorprogrammet UTDefect Isotrop eller anisotrop (bara för vissa sprickor) komponent, plan scan-yta, lutande bak-yta Kontakt- eller immersionssökare av godtycklig typ, vinkel, frekvens, även fokuserad Defekter: sido-borrat hål, sfärer och sfäroider, cirkulär, rems-lik, och rektangulär spricka Data i form av A-, B-, C-scan, eller frekvensdata Plätering och icke-plana bak-ytor för vissa typer av sprickor

8 Valideringar Jämförelser med experiment: Experiment och andra metoder i PISC III (Lakestani 1992) Experiment av AEA (Chapman 1995) Lutande sprickor (Becker et al. 1981) Riktiga utmattningssprickor (Eriksson et al. 1997) WFNDTC benchmarking (2004-9)

9 Jämförelser med PISC III

10 Jämförelse med PISC III

11 Jämförelse med riktiga utmattningssprickor

12 Jämförelse för lutande sprickor

13 Benchmark WFNDTC 2009 Description of the configurations Flaws 3 side drilled holes of length 60 mm and diameters of 1 mm, 1.5 mm and 2 mm The centers of the SDH are positionned at 30 mm depth 1 flat bottomed hole oriented at 45 diameter 3 mm The center of the FBH is positionned at 30 mm depth 4 rectangular defects of length 40 mm and heights 2 mm, 5 mm, 10 mm and 20 mm Backwall breaking defects 4 rectangular defects of length 5 mm and heights 2 mm, 5 mm, 10 mm and 20 mm Backwall breaking defects

14 Jämförelser i db för sido-borrat hål Diameter (mm) Experiment (ref) UTDefect (ref)

15 Jämförelse i db för 5 mm lång spricka Höjd (mm) Experim UTDefect

16 Rörgeometrier Rör är mycket vanliga i kärntekniska anläggningar; för ultraljudsprovning kan dock ofta geometrin lokalt antas plan För klena rör kan krökningen vara betydelsefull, dessutom är det värdefullt att få reda på hur stor diametern behöver vara innan geometrin kan antas plan UTDefect skall utvidgas till axiella och radiella sprickor i rör Doktorandprojektet har pågått i knappt två år, resultat för axiell spricka på gång

17 Spricka nära icke-plan bak-yta

18 A-scan icke-plan bak-yta Utan spricka Med spricka

19 Slutsatser Forskning inom området ger användbara resultat, lyfter kompetensen, etc Modellering är användbart för parameterstudier, kvalificering, etc UTDefect är en bra modell med ett begränsat utbud av defekttyper, väl kvalificerat för vissa defekttyper Utvidgning mot rörgeometrier pågår