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