Защо всичко това е необходимо (Моделиране-1), shearwave
Тази публикация отваря серия от бележки за моделиране на сигналите на ултразвукови дефектоскопи чрез числени методи. В тях бих искал да опиша в неформален стил задачите, които се решават, предположенията и предварителните заключения, получени в резултат на изчисленията.
За какво е всичко това? (Моделиране-1) При ултразвуковото откриване на дефекти основният критерий за отхвърляне е, че ехо сигналът надвишава определена прагова стойност. Тези стойности обикновено се коригират непосредствено преди контрола според приетите в индустрията проби и следователно въпросът за връзката между амплитудата на сигнала и неговия размер и позиция е от абстрактно теоретичен характер. Нормативните документи се умножиха, появиха се нови стандарти, свързани по някакъв начин със старите. Постепенно това доведе до факта, че поради натрупаната грешка един и същ стандарт по време на управление може да изисква различни нива на сигнала. В същото време няма просто решение: от теоретична гледна точка формулите са много приблизителни и се различават значително от практиката. Това обаче не е изненадващо - доскоро нямаше особена нужда от тях. Практическите измервания, за разлика от измерванията на дебелината, не дават желаната стабилност на резултатите, тъй като най-малката промяна в налягането, грапавостта и т.н. веднага се отразява в амплитудата. Това беше първият проблем.
Вторият е свързан с появата на нов клас устройства - дефектоскопи с фазирани антенни решетки. Техните възможности могат да варират значително в зависимост от използваните алгоритми. Но всички те са обединени от факта, че на екрана показват не част от обект, а акустичен образ на този обект. Принципите на формиране на този образ често не са очевидни, а понякога и напълно неизвестни. Така че са необходими някои средства за активиранеразбере какво точно се случва с акустична вълна вътре в твърдо тяло и по някакъв начин определи нейните параметри. Тъй като през последните 50 години не са се появили аналитични формули, които описват моделите, от които се нуждаем, логично е да се предположи, че е невъзможно да ги изведем. Остават числени методи. Нещата вървят доста добре в тази област. Методът на крайната разлика във времевата област (FDTD), първоначално разработен за електромагнитни полета, отдавна е адаптиран за изчисляване на еластични вълни. Методите за оценка на неговата устойчивост, гранични условия и др. са добре разработени. Но FDTD има значителен недостатък - той е изключително взискателен към изчислителните ресурси. Според приблизителна оценка преминаването на вълна от стандартен преобразувател в стоманен куб с ръб от пет сантиметра ще отнеме около седмица. На мощен персонален компютър от модела 2014 г. Остава само да капе слюнка, четейки доклади за това как сеизмолозите моделират вълни, използвайки този метод върху изчислителни клъстери с една и половина хиляди клетки с осем ядра всяка. Какво да се прави - индустрията за безразрушителен контрол е бедна.
По принцип една седмица за изчисляване не е толкова страшно. Да, и може да се използва допълнително оборудване. Но за това трябва да има увереност, че се взема предвид точно това, което е необходимо. Междувременно остава да опитаме различни опростявания на модела и да видим кое е важно и кое не е много важно. В края на краищата отстраняването на грешки в числения метод е много трудно, въпреки факта, че основните му алгоритми обикновено са прости. Факт е, че данните от една точка не говорят нищо за коректността на работата и всички странности на крайния резултат трябва да се търсят в свойствата на математическия2 модел. Добре е, когато има няколко аналитични формули, които дават абсолютно точен резултат. А ако просто искаме да проверим точността на общоприетите формули?Тук съществува риск да изпаднете в другата крайност, приемайки собствените си грешки за блестящо събаряне на основите. През изминалата седмица успях да разбера причините за две подобни „открития“.