• شماره ركورد
    34690
  • پديد آورنده

    محمد احسان اصفهاني

  • عنوان
    پيش‌بيني خوردگي و فشار تركيدگي در لوله‌هاي انتقال سيال به كمك روش‌هاي مبتني بر داده
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك گرايش طراحي كاربردي (جامدات)
  • سال تحصيل
    1402
  • تاريخ دفاع
    1404/12/25
  • استاد راهنما
    مجيدرضا آيت اللهي
  • استاد مشاور
    بهادر بهرامي
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • چكيده
    خطوط لوله به عنوان شريان‌هاي حياتي انتقال نفت و گاز، نقشي كليدي در اقتصاد و امنيت انرژي كشورها ايفا مي‌كنند. پديده خوردگي به عنوان يكي از عوامل اصلي خرابي اين زيرساخت‌ها، سالانه خسارات اقتصادي هنگفت و آسيب‌هاي زيست‌محيطي جبران‌ناپذيري را به بار مي‌آورد. روش‌هاي سنتي ارزيابي فشار تركيدگي و پيش‌بيني خوردگي اغلب پرهزينه، زمان‌بر و در تشخيص زودهنگام نواقص ناتوان هستند. اين پژوهش با هدف توسعه يك راه‌حل هوشمند مبتني بر داده، به كاربرد تكنيك‌هاي يادگيري ماشين در پيش‌بيني فشار تركيدگي و عمق خوردگي لوله‌هاي انتقال سيال پرداخته است. در اين تحقيق، دو مجموعه داده تجربي شامل 453 نمونه فشار تركيدگي و 259 نمونه عمق خوردگي گردآوري شد. مراحل جامع پيش‌پردازش شامل حذف داده‌هاي تكراري، تشخيص و حذف داده‌هاي پرت، تحليل آماري توصيفي، تقسيم‌بندي داده‌ها با استفاده از نمونه‌برداري تصادفي طبقه‌بندي شده، محاسبه ماتريس همبستگي پيرسون و مقياس‌گذاري ويژگي‌ها با تركيب تبديلات يئو-جانسون و استانداردسازي انجام شد. شش مدل يادگيري ماشين شامل رگرسيون خطي، رگرسيون شبكه الاستيك، رگرسيون چندجمله‌اي، ماشين بردار پشتيبان (SVR)، شبكه عصبي مصنوعي (ANN) و تقويت گراديان شديد (XGBoost) پياده‌سازي و ابرپارامترهاي آن‌ها با استفاده از جستجوي تصادفي بهينه‌سازي گرديدند. نتايج نشان داد كه مدل SVR با دقت 9/96 درصد، برترين عملكرد را در پيش‌بيني فشار تركيدگي ارائه نمود و براي پيش‌بيني عمق خوردگي، مدل XGBoost با دقت 0/82 درصد رتبه نخست را كسب كرد. تحليل تفسيرپذيري مدل با استفاده از نمودارهاي SHAP و ALE نشان داد كه ضخامت ديواره، قطر لوله و عمق خوردگي مهم‌ترين عوامل تأثيرگذار در پيش‌بيني فشار تركيدگي بوده و ميزان اسيدي‌بودن خاك، غلظت كلريد خاك و عمر خط لوله بيشترين تأثير را بر عمق خوردگي دارند. يافته‌هاي اين پژوهش بيانگر توانايي مدل‌هاي يادگيري ماشين در شبيه‌سازي دقيق رفتار خرابي لوله‌ها و پتانسيل جايگزيني آن‌ها با روش‌هاي سنتي است كه مي‌تواند گامي مؤثر در جهت مديريت هوشمند و پيشگيرانه سلامت خطوط لوله باشد.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1405/02/02
  • عنوان به انگليسي
    Prediction of Corrosion an‎d Burst Pressure in Fluid Transmission Pipelines Using Data-Driven Methods
  • تاريخ بهره برداري
    3/16/2027 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    محمداحسان اصفهاني

  • چكيده به لاتين
    Pipelines, as vital arteries for oil an‎d gas transmission, play a key role in the economy an‎d energy security of countries. Corrosion, as one of the main causes of failure in these infrastructures, causes enormous economic losses an‎d irreparable environmental damage annually. Traditional methods for assessing burst pressure an‎d predicting corrosion are often costly, time-consuming, an‎d incapable of early defect detection. This research aims to develop an intelligent data-driven solution by applying machine learning techniques to predict burst pressure an‎d corrosion depth in fluid transmission pipelines. In this study, two experimental datasets comprising 453 burst pressure samples an‎d 259 corrosion depth samples were collected. Comprehensive preprocessing steps included removing duplicate data, detecting an‎d removing outliers, descriptive statistical analysis, data splitting using stratified ran‎dom sampling, calculating Pearson correlation matrix, an‎d feature scaling using a combination of Yeo-Johnson transformation an‎d stan‎dardization. Six machine learning models including Linear Regression, Elastic Net Regression, Polynomial Regression, Support Vector Regression (SVR), Artificial Neural Network (ANN), an‎d Extreme Gradient Boosting (XGBoost) were implemented an‎d their hyperparameters were optimized using ran‎dom search. Results showed that the SVR model with an accuracy of 96.9% provided the best performance in predicting burst pressure, while the XGBoost model achieved first rank with an accuracy of 82.0% for corrosion depth prediction. Model interpretability analysis using SHAP an‎d ALE plots revealed that wall thickness, pipe diameter, an‎d defect depth are the most influential factors in burst pressure prediction, while soil pH, chloride concentration, an‎d pipeline age have the greatest impact on corrosion depth. The findings of this research demonstrate the capability of machine learning models to accurately simulate pipe failure behavior an‎d their potential to replace traditional methods, which can be an effective step toward intelligent an‎d proactive pipeline health management.
  • كليدواژه هاي فارسي
    خطوط لوله , خوردگي , فشار تركيدگي , يادگيري ماشين , تفسيرپذيري مدل
  • كليدواژه هاي لاتين
    Pipelines , Corrosion , Burst Pressure , Machine Learning , Model Interpretability
  • Author
    Mohammad Ehsan Esfahani
  • SuperVisor
    Majid Reza Ayatollahi