28307

طراحي يك پروب فراصوت براي تشخيص نقصهاي چرخهاي قطار

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- الكترونيك ـ ديجيتال

1399

1401/12/16

دكتر علي صدر

برق

با توجه به اهميت سلامت چر‌خ‌هاي قطار در پيشگيري از وقوع فجايع انساني و زيان‌هاي مالي، بازرسي چرخ‌هاي قطار در مرحله‌ي توليد و بررسي متناوب در دوره‌ي بهره‌برداري از اهميت فوق‌العاده‌اي برخوردار است. يكي از روش‌هاي آزمون غيرمخرب چرخ‌هاي قطار، استفاده از امواج هدايت ‌شده‌ي فراصوت است. با توجه به تفاوت ساختار محور و چرخ، روش‌هاي بازرسي متفاوتي براي آن‌ها انتخاب مي‌شود. براي محور قطار كه يك موج‌بر متدوال است، معمولا روش آرايه‌ي فازي را به كار مي‌برند. براي افزايش نسبت سيگنال به نويز، همچنين به دست آوردن دقت بيشتر در تشخيص نقص‌ها، روش 1FWTR و تحريك حالت‌هاي انتخابي با استفاده از طيف منبع انتخاب شده است. اين روش در مقايسه با روش آرايه‌ي فازي معمول، دامنه را به مقدار 5 برابر و شدت سيگنال بازتاب ‌يافته را تا 25 برابر افزايش مي‌دهد. همچنين اثر فركانس بر ضريب بازگشت موج الاستيك و رابطه آن با ابعاد نقص در بدنه محور بررسي شد، نتايج نشان داد كه نسبت بازتاب به صورت غيرخطي با افزايش عمق نقص افزايش مي‌يابد و با افزايش فركانس در هر عمق، ضريب بازتاب نيز افزايش خواهد يافت. طبق شبيه‌سازي انجام شده، در عمقي برابر 40 درصد از شعاع با افزايش فركانس از 70 كيلوهرتز به 220 كيلوهرتز، نسبت بازتاب به مقدار 4 برابر افزايش يافت. با توجه به اين‌كه چرخ‌هاي قطار سازه‌هايي محدود هستند و براثر بازتابش داخلي امواج استاتيك، يك الگوي موج ايستا درون آن‌ها ايجاد مي‌شود، براي طراحي مبدل، حالت‌هاي2 ساختاري چرخ و فركانس‌هاي تشديد آن را به دست آورده و فركانسي كه تمام سازه را دستخوش جابه‌جايي ‌كند را پيدا مي‌كنيم. مبدل پيزوي حلقه‌اي كه در قسمت داخلي چرخ قرار مي‌گيرد، به وسيله‌ي اين فركانس تحريك شده و توانايي تشخيص كليه‌ي عيوب روي تمام نواحي چرخ را خواهد داشت. با مقايسه‌ي سيگنال جابه‌جايي به دست آمده از قطعه‌ي سالم و معيوب، مي‌توان موقعيت تقريبي نقص را با توجه به زمان بازتابش سيگنال و سرعت انتشار موج در سازه به دست آورد.

1402/03/02

Design of an ultrasound transducer probe for defect detection in the Train’s driving wheels

1/1/1900 12:00:00 AM

Due to the importance of the health of train wheels in preventing human disasters and financial losses, the inspection of train wheels during the production stage and periodic inspection during the operation period are extremely important. A non-destructive method of testing the train wheels is ultrasonic guided waves. Due to the difference in the structure of axle and wheel, different inspection methods are chosen. For the train axis, which is a common waveguide, phase array method is usually used. To increase the SNR and to obtain more accuracy in the detection of defects, the FWTR method and the excitation of selected modes using the source spectrum have been chosen. Compared to the usual phased array method, this method increases the amplitude by 5 times and the intensity of the reflected signal by 25 times. Also, the effect of frequency on the reflection coefficient of the elastic wave and its relationship with the dimensions of the defect in the axial body were investigated. The results showed that the reflection ratio increases nonlinearly with the increase of the depth of the defect, and with the increase of the frequency at each depth, the reflection coefficient will also increase. According to the simulation, at a depth equal to 40% of the radius, with increasing frequency from 70 kHz to 220 kHz, the reflection ratio increased by 4 times. Considering that the train wheels are limited structures and due to the internal reflection of static waves, a static wave pattern is created inside them, for the design of the Transduser, the structural modes of the wheel and its resonant frequencies are obtained and the frequency that causes displacement in the entire structure is selected. A ring piezo transducer is placed inside the wheel and will have the ability to detect all defects on all areas of the wheel. By comparing the displacement signal obtained from the healthy and defective part, the approximate position of the defect can be obtained according to the signal reflection time and the wave propagation speed in the structure.

آزمون غيرمخرب فراصوت , چرخ لوكوموتيو , امواج هدايت‌شونده , آرايه فازي , پروب فراصوت

Phased arrays , Guided waves , Locomotive driving wheels , Ultrasound transducer , Ultrasound nondestructive testing

Ghazaleh Masoudinejad

Dr. Ali Sadr