Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10692
Title: Επεξεργασία πειραματικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων θερμογραφικού μη καταστροφικού ελέγχου με τη χρήση μαθηματικών μεθόδων
Other Titles: Processing of experimental and computational results of thermographic non-destructive inspection using mathematical methods
Authors: Κλαουδάτος, Διονύσιος
Keywords: Μη καταστροφικός έλεγχος
Θερμογραφία δινορρευμάτων
Keywords (translated): Non-destructive inspection
Eddy current thermography
Abstract: Οι ατέλειες των υλικών, όπως είναι οι ρωγμές, η διάβρωση, η αποκόλληση των επιφανειών αποτελούν από τις πιο σοβαρές αιτίες πρόκλησης βλαβών στις κατασκευές. Η τεχνολογία του Μη-Καταστροφικού Ελέγχου (ΜΚΕ) έχει συνεισφέρει σημαντικά στην ανίχνευση των ατελειών μέσω της συνεχούς εξέτασης και αξιολόγησης των υλικών χωρίς παράλληλα να καταστρέφει τη δομή τους. Η έγκαιρη ανίχνευση των ατελειών μειώνει το κόστος συντήρησης και επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της κατασκευής. Οπότε, χάρη στα πλεονεκτήματά του ο ΜΚΕ εφαρμόζεται ευρέως σε πολλές βιομηχανίες διασφαλίζοντας την δομική ακεραιότητα των υλικών. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι ΜΚΕ, όπως είναι ο οπτικός έλεγχος, τα δινορρεύματα κτλ. Καθεμία από αυτές παρουσιάζει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Στην εργασία αυτή χρησιμοποιείται η θερμογραφία δινορρευμάτων ως τεχνική ΜΚΕ. Η μέθοδος αυτή συνδυάζει την ηλεκτρομαγνητική διέγερση και την επιθεώρηση αγώγιμων υλικών με ενεργητική υπέρυθρη θερμογραφία. Ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα πηνίο επάγει δινορρεύματα εντός του επιθεωρούμενου δοκιμίου. Λόγω της κυκλοφορίας των δινορρευμάτων εκλύεται θερμότητα, η οποία δημιουργεί θερμοκρασιακές διαφορές. Η υπέρυθρη θερμογραφία απεικονίζει τη κατανομή της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του δοκιμίου σε δισδιάστατες εικόνες. Η ύπαρξη μίας ρωγμής επηρεάζει την ροή της θερμότητας είτε άμεσα είτε έμμεσα (μέσω της ροής του ρεύματος) και κατ’επέκταση τη κατανομή της θερμοκρασίας. Άρα, μέσω των θερμογραφημάτων η ρωγμή γίνεται σε πολλές περιπτώσεις ανιχνεύσιμη. Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις η απλή απεικόνιση των ισοθέρμων (θερμογράφημα) δεν επαρκεί για τον εντοπισμό της ρωγμής. Έτσι, έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές επεξεργασίας δεδομένων, όπως ο διακριτός μετασχηματισμός Fourier, οι οποίες βελτιώνουν τα αποτελέσματα. Όμως, οι τεχνικές αυτές είναι χρονοβόρες, καθώς απαιτούν μεγάλο όγκο δεδομένων για επεξεργασία. Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη μαθηματικών μεθόδων και η απεικόνιση χαρακτηριστικών παραμέτρων για την βελτίωση πειραματικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων Θερμογραφικού Μη Καταστροφικού Ελέγχου. Διερευνάται επίσης η αποτελεσματικότητα τους στον εντοπισμό ρωγμών. Οι χαρακτηριστικές αυτές παράμετροι, όπως το μέτρο της πρώτης χωρικής παραγώγου της θερμοκρασίας, καθορίζουν τα σημεία του δοκιμίου με μικρό ρυθμό θερμικής διάχυσης, άρα μεγάλες θερμοκρασιακές διαφορές. Αρχικά, απεικονίζονται οι χαρακτηριστικές παράμετροι που προκύπτουν από πειραματικά δεδομένα. Έπειτα, αναπτύσσεται και ένα υπολογιστικό μοντέλο, με την αριθμητική επίλυση του οποίου εξάγεται η θεωρητική κατανομή της θερμοκρασίας στην επιφάνεια ενός δοκιμίου χωρίς ρωγμές. Το γενικό συμπέρασμα είναι ότι στις περισσότερες περιπτώσεις η σύγκριση της πειραματικής και θεωρητικής κατανομής της θερμοκρασίας βελτιώνει αισθητά τα αποτελέσματα καθιστώντας τις ρωγμές ευκρινέστερες.
Abstract (translated): Materials’ deficiencies, such as corrosion, cracks, separation of surfaces, are one of the most important causes for provoking damages in constructions. Non-Destructive Testing (NDT) has a significant contribution on the detection of imperfections. This technology evaluates and inspects materials’ structure continuously without destroying it. The prompt detection of deficiencies reduces the maintenance cost and it also increases the life duration of a construction. So, the technology of NDT is widely applied in many industries ensuring the structural integrity of materials. There are different NDT methods like visual testing, eddy currents etc. Each of these methods has both pros and cons. Eddy current thermography is used as NDT method in this master’s thesis. Eddy current thermography combines the electromagnetic excitation and inspection of conductive materials with active infrared thermography. A coil creates varying-time magnetic field and consequently it induces eddy currents in the inspected specimen. Heat is released due to the circulation of eddy currents. Thus, heat causes temperature differences. The infrared thermography depicts temperature distribution in 2-D images on the surface of the specimen. The existence of a crack affects either heat flow or current flow and consequently it affects the temperature distribution. Therefore, the crack becomes detectable via thermograms in many cases. However, in many cases the illustration of isotherm curves (thermograms) is insufficient for the detection of a crack. So, data processing techniques have been developed, such as Discrete Fourier Transform. Although these techniques improve the results, they are time-consuming, because they require an enormous volume of data for processing. Objective of this thesis is the development of mathematical methods and the representation of characteristic parameters in order to improve experimental and computational results of thermographic NDT. Moreover, these methods’ efficiency is investigated for the detection of cracks. The characteristic parameters, such as the measure of temperature’s first spatial derivative, determine the points of specimen with low diffusion rate. In this way, temperature differences are higher. Firstly, characteristic parameters, which arise from experimental data, are illustrated. Furthermore, a computational model is developed. The theoretical temperature distribution is calculated on the surface of a specimen without cracks through the numerical solution of the computational model. Generally, we conclude that in most cases the comparison between experimental and theoretical temperature distribution improves the results significantly making cracks sharper.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
μεταπτυχιακή εργασία Διονύσης Κλαουδάτος.pdf3.41 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.