عنوان پایان‌نامه
تعیین موقعیت واندازه عیوب یک جسم دوبعدی غیر ایزوتروپ با استفاده از اندازه گیری دما وشار حرارتی گذرا
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1409;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 38951
- تاریخ دفاع
- ۱۶ شهریور ۱۳۸۷
- دانشجو
- مجید سیاوشی
- استاد راهنما
- فرشاد کوثری
- چکیده
- این پایان‌نامه به تخمین موقعیت و ابعاد عیوب موجود در یک جسم دوبعدیِ غیرایزوتروپ با استفاده از اندازه‌گیری دماهای گذرا بر روی مرزهای جسم، می‌پردازد. وجود عیوبی نظیر حفره و ترک، درون مواد مختلف می‌تواند تاثیر زیادی بر روی مقاومت مکانیکیِ آنها داشته باشد لذا به منظور کنترل کیفیت مواد مختلف، دانستن موقعیت، خواص و اندازه این عیوب، بسیار حائز اهمیت است. روشهای تستِ غیرمخرب متعددی برای نیلِ به این هدف وجود دارند که هریک دارای مزایا و معایبی هستند. یکی از پرکاربردترین روشهای تستِ غیرمخرب «روشهای رادیوگرافی» است. روشهای رادیوگرافی دارای معایب متعددی هستند، پرتوهای به کار رفته در روشهای رادیوگرافی بر روی خواص مکانیکی مواد تاثیر می‌گذارند و از طرف دیگر در این روش‌ها، آشکارسازیِ عیوب مسطح همچون ترک‌ها بسیار دشوار است. روشهای معکوس حرارتی از جمله موضوعاتی است که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است و کاربردهای فراوانی دارد. روشهای معکوس حرارتی به طور معمول برای محاسبه مجهولاتی نظیر؛ شرایط مرزی (مانند شار حرارتی یا دما)، خواص ترموفیزیکی، بخشی از هندسه جسم که نامعلوم است (نظیر هندسه مرز یا حفره‌های درون جسم) و همچنین منبع حرارتیِ درون جسم، کاربرد دارد. برای تخمین موقعیت و ابعاد عیوب موجود در جسم، یک مسئله هدایت حرارتیِ گذرا طراحی می‌شود و براساس آن هندسه مورد نظر تحت تاثیر بارهای حرارتیِ مشخصی قرار می‌گیرد و آنگاه اقدام به اندازه‌گیری دما بر روی مرز و یا داخل مرزهای جسم می‌شود و با استفاده از دماهای اندازه‌گیری شده و روشهای معکوس حرارتی برای تخمین پارامتر، پارامترهای مجهول تخمین زده می‌شوند. اساس روشهای معکوس حرارتی بر مبنای کمینه کردن تابع هدفی است که به صورت مجموع مربعات تفاضل دماهای اندازه‌گیری شده و دماهای تخمین زده شده در محل حسگرها تعریف می‌شود. برای کمینه کردنِ تابع هدف از دو روشِ گرادیانهای مزدوج و روشِ گاوس استفاده شده است و نتایجِ آن با یکدیگر مقایسه شده‌اند. از آنجائیکه مسئله مورد نظر غیر خطی می‌باشد لذا نمی‌توان معادله ضرایب حساسیت را به صورت تحلیلی حل نمود و برای بدست آوردن ضرایب حساسیت در محل حسگرها لازم است که در هر مرحله تکرار، مسئله مورد نظر به صورت مستقیم حل شود، برای حل مستقیم مسئله از کد ANSYS استفاده شده است. استفاده از یک نرم‌افزار تجاری برای حل مستقیم مسئله موجب کاهش زمان کدنویسی و حل مسئله شده است، همچنین حلِ مسائلی با هندسه‌های پیچیده دو و سه بعدی را آسان نموده است. تولید شبکه برای حل عددی هندسه‌های پیچیده سه بعدی کار دشواری است به همین جهت عمده پژوهشهایی که اخیراً در این زمینه انجام شده است برای حل عددی مسئله از روش المان مرزی استفاده نموده‌اند که این روش نیز نیازمند محاسبه انتگرال تکین است. اما در این پایان نامه با استفاده از قابلیتهای یک نرم افزار تجاری برای حل معادلات حاکم بر انتقال حرارت درون جسم، نیازی به وارد شدن در پیچیدگی‌های تولید شبکه و حل مستقیم مسئله نیست. شکل هندسی حفره‌ها به صورت پیش‌فرض در نظر گرفته می‌شود (حفره دایروی، بیضی‌گون و ترک) و کارآیی روشهای مورد نظر برای تخمین پارامترهای مربوط به شکلِ هندسیِ حفره‌ها بررسی می‌شود.
- Abstract
- An inverse heat conduction problem (IHCP) for identification of location and size of flaw parameters in an anisotropic two-dimensional body is investigated. This is done through the application of a relevant heat load to the body, and acquiring the temperatures on the outer surface of the body. The presence of flaws such as cracks and cavities in different materials seriously affects their mechanical properties. As such, knowledge regarding the position, dimension and characteristics of these flaws can prove useful. There are several non destructive testing methods for quality control of products. One of most useful non destructive methods is the “Radiography”, but this method has some disadvantages, x or ? rays have bad affects on mechanical properties of materials and also it is hard to show plain flaws such as cracks using radiography methods. Recently inverse heat conduction methods come into frequent use; these methods have many usages in industry and engineering. IHCM is used mainly in the calculation of parameters relating to boundary conditions (i.e. heat flux or temperature), thermophysical properties, an unknown geometry of a section of a body (such as the boundary or cavities in the body), and also heat sources within a body. Setting up a transient heat conduction problem, and applying known heat flux loads, the position and dimension of the flaws in the material is predicted. The base of IHCP is on the minimization of a target function which usually is defined as least squares of measured temperatures versus calculated temperatures. To minimize the target function, use is made of Gauss method and Conjugate gradient method, and the results are compared. Whereas this problem is nonlinear so the sensitivity coefficients could not be computed using analytical methods so it is necessary to solve the direct problem in each substep. To solve the direct problem, use is made of ANSYS software. In the direct solution of the problem, the ability of ANSYS in solving heat conduction problems has been taken advantage of, in order to simplify the coding of the inverse solution, and also decrease the solution process time of solving complex 2D and 3D geometries. The generation of suitable meshes for complicated geometries is a tedious endeavour. Boundary element method is ideal in that discretization is only needed on the boundaries, however using this method necessitates singular integration. The advantage of using ANSYS in this case lies in the fact that no time is expended in mesh-generation and numerical solution of the problem. The geometrical shape and number of the flaws is assumed to be known at the outset (Circle, ellipse and crack) and the efficiency of methods to estimate the parameters of flaws, is investigated.
