Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной...

^ Научная неувязка
Научной неувязкой, решению которой посвящена диссертационная работа, является задачка построения, теоретического обоснования и программной реализации действенных процедур численного моделирования электрических процессов и интерпретации сигналов, лежащих в базе решения прямых и оборотных Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... задач электрического контроля, с целью проведения высокоточных расчетов исследовательских сигналов датчиков поля, обнаружения и оценки геометрических характеристик изъянов.

Решение научной препядствия базируется на разработанных применительно к задачкам электрической дефектоскопии трехмерных математических моделях, описывающих Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... взаимодействие первичных преобразователей поля с изделиями, содержащими недостатки. На базе исследования закономерностей рассредотачивания электронных и магнитных полей в округи изъянов и анализа выходных черт преобразователей разработаны новые, более действенные методы Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... анализа экспериментальных данных контроля.
^ Цель исследования
Цель исследования состоит в развитии теории и разработке методик и алгоритмов моделирования электрического поля способом конечных частей, позволяющих понизить время численных расчетов полей в большинстве классов задач контроля, также Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... в разработке новых подходов к интерпретации данных контроля на базе анализа исследовательских сигналов.
^ Задачки исследования

  1. Доказать многообещающие направления исследовательских работ в области анализа имеющихся способов решения прямых и оборотных задач Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., применяемых при разработке исследовательских систем электрического контроля, тенденций их развития в Рф и за рубежом, также обосновать достоинства конечно-элементного анализа статических, стационарных и квазистационарных электрических полей в трехмерных моделях «источник поля – объект контроля Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... с недостатком - датчик» с нелинейными, анизотропными качествами материалов.

  2. Используя вариационный принцип к рассматриваемым классам задач электрического контроля с учетом их специфичности, получить трехмерные конечно-элементные уравнения относительно векторного и Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... скалярного потенциалов на базе этого принципа, вывести формулы для расчета коэффициентов элементных и глобальной матриц.

  3. Для решения трехмерных задач предложить и изучить действенные вычислительные схемы расчетов при решении задач сотворения средств электрического контроля.

  4. Создать Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... численные методики определения выходных сигналов датчиков по результатам рассредотачивания электрического поля.

  5. При помощи решения краевых задач теории электрического поля изучить связи сигналов датчиков с геометрическими параметрами изъянов контролируемых объектов и Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... режимом контроля.

  6. Сделать программное обеспечение для решения проблемных задач анализа процедур и средств электрического неразрушающего контроля, адаптированное для использования в реальных критериях.

  7. Создать методику проектирования систем систематизации и параметризации изъянов на основании результатов исследования Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... зависимости черт исследовательских сигналов датчиков от характеристик изъянов, алгоритмов обработки сигналов в критериях деяния мешающих причин и способов определения изъянов разных классов.

  8. Создать методы компенсации воздействия главных мешающих причин на сигнал от Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... недостатка при многочастотном вихретоковом контроле теплообменных труб.

  9. Предложить способ инвариантного пересчета характеристик исследовательских сигналов датчиков для отстройки от воздействия эксплуатационных причин при электрическом контроле.

  10. Создать конструктивный нейросетевой метод систематизации и параметризации, применимый Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... для использования в задачках магнитного и вихретокового контроля. Предложить методику тренировки, которая облегчила бы получение работоспособных нейронных сетей для задач с плохо разделимыми классами и/либо с низким отношением сигнал/помеха Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... во входных данных, соответствующих для электрического контроля.

  11. Создать метод опции нейронной сети, владеющий качествами наращивания архитектуры при необходимости в процессе тренировки и сокращения вычислительной цены решения задачки систематизации.

  12. Провести экспериментальные исследования и промышленное Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... апробирование разработанных алгоритмов в задачках обнаружения, систематизации и параметризации изъянов при многочастотном вихретоковом контроле теплообменных труб парогенераторов АЭС.

Способы исследования. Все задачки диссертационного исследования решены на базе внедрения апробированных и Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... корректных способов численных расчетов, математического моделирования и интерпретации экспериментальных данных. При оценке работы программно-алгоритмических средств использовались данные, приобретенные на стандартных паспортизованных образчиках.

Достоверность результатов подтверждается правильностью намеченных целей, представительностью и достоверностью начальных и Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... экспериментальных данных, внедрением принятых в теоретической электротехнике теорий, гипотез и допущений, применением апробированных и корректных методик неразрушающего контроля, способов математического моделирования, решением модельных задач и сопоставлением результатов численного моделирования с экспериментальными Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... данными.

Научная новизна

  1. Разработан новый математический аппарат для решения прямых и оборотных задач электрического контроля, включающий систему эконом моделей, методы отстройки экспериментальных сигналов от воздействия эксплуатационных мешающих причин и нейросетевой метод систематизации и оценки Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... геометрических характеристик найденных изъянов.

  2. Предложена и на теоретическом уровне обусловлена процедура конечно-элементного моделирования трехмерных статических, стационарных и квазистационарных полей в задачках электрического контроля, базирующаяся на разложении результирующего поля на основное Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... поле, описываемое двумерной краевой задачей теории поля, и на поле воздействия недостатка, описываемое трехмерной задачей. Применение этой процедуры позволяет уменьшить вычислительные издержки при численной оценке поля воздействия контролируемого недостатка.

  3. Разработан метод компенсации воздействия Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... на сигнал от недостатка главных мешающих причин, обусловленных наличием ряда конструктивных частей и особенностью контролируемого объекта, при многочастотном вихретоковом контроле теплообменных труб парогенераторов.

  4. Предложен и разработан способ инвариантного преобразования характеристик сигнала Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... при неконтролируемом изменении эксплуатационных причин.

  5. Предложен метод построения иерархического нейросетевого классификатора изъянов по сигналам датчиков, позволяющий преодолеть ряд принципных недочетов и ограничений обычных нейросетевых подходов при решении практических задач электрического контроля Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной....

Таким макаром, в работе выполнено обобщение исследовательских работ создателя в области электрического контроля и получили предстоящее развитие способ конечных частей для расчетов электрических полей, методы обработки исследовательских сигналов и нейросетевая разработка интерпретации данных измерения, на Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... базе которых разработаны и на теоретическом уровне обусловлены экономные математические модели и методы решения прямых и оборотных задач электрического контроля, что позволило решить крупную научную делему по увеличению производительности Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... и надежности проектирования, улучшения метрологических и технических черт средств контроля.
^ Практическая ценность
Практическое значение приобретенных научных результатов состоит в том, что на базе теоретического обоснования разработанных процедур численного моделирования электрического поля и Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... проектирования систем интерпретации данных электрического контроля разработчик диагностической аппаратуры может удачно делать конечно-элементную аппроксимацию краевых задач и тем добиваться существенного увеличения эффективности численной оценки предсказуемых сигналов соответственных датчиков, также вести настройку нейросетевого классификатора и Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... параметризатора изъянов.

Рассмотренные в работе теоретические подходы к решению задач, соответствующих для электрического способа контроля изделий, могут служить основой для сотворения более совершенных способов применительно к решению исследовательских задач другими способами (ультразвуковым Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., радиационным, термическим), а предложенные методы анализа сигналов и интерпретации экспериментальных данных могут конкретно в их употребляться.

Не считая того, практическая ценность разработанных в диссертационной работе действенных процедур и реализованных на их Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... базе алгоритмов конечно-элементного моделирования заключается в том, что они предоставляют новые способности решения ряда сложных прикладных задач, кроме задач неразрушающего контроля, а именно, в электрофизике, также при разработке и Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... оптимизации сложных электротехнических устройств различного вида.

Приобретенные результаты расчета отлично согласуются с экспериментальными данными, что позволяет в итоге поменять многие натурные опыты численными. Внедрение предлагаемых процедур численного анализа и программки на практике пpиводит к pосту Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... конкуpентоспособности проектируемых средств неразрушающего контроля как с точки зpения цены и сpоков pазpаботки, так и свойства.

Проведенные экспериментальные исследования разработанных алгоритмов угнетения воздействия эксплуатационных причин, также метода построения и обучения нейросетевого классификатора Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... и параметризатора изъянов на реальных сигналах показали высшую эффективность и качество систематизации и возможность построения экономичных в вычислительном отношении сетей. Разработанные подходы можно применить для анализа экспериментальных сигналов других прикладных Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... задач.

Реализация результатов работы

Диссертационная работа производилась в согласовании с планами важных госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ, проводимых кафедрой Электротехники и Интроскопии МЭИ (ТУ) по межвузовским научно-техническим программкам “Диагностика и контроль Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной...” (1993-1995), “Неразрушающий контроль и диагностика” (1996-2000), по всеохватывающей программке ОАО «Концерн Росэнергоатом” по обеспечению надежной и неопасной эксплуатации парогенераторов АЭС с реакторами ВВЭР-1000 и ВВЭР-440 (“Программка совершенствования и увеличения эффективности эксплуатационного неразрушающего контроля металла Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... оборудования и трубопроводов АЭС”, 2002–2005, «Программа мероприятий по обеспечению ядерной, радиационной, технической и пожарной безопасности при эксплуатации АЭС», 2006-2010) по договорам: «Физико-математическая модель процедуры вихретокового контроля теплообменных труб парогенераторов АЭС» (заказчик НИКИМТ Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., 2002), “Разработка программно-методического обеспечения системы обнаружения и систематизации изъянов теплообменных труб парогенераторов АЭС по результатам вихретокового контроля” (Обнинский инженерный центр НИКИМТа, 2002-2004), «Разработка программного обеспечения для выявления и систематизации изъянов теплообменных трубок парогенераторов с РУ Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... ВВЭР по вихретоковым сигналам» (тут и дальше заказчик ОАО «Концерн Росэнергоатом», 2004-2006), «Совершенствование программно-методического обеспечения систем ЭНК. Разработка методики контроля наличия отложений на т/о трубках ПГ способом ВТК» (2006-2007), «Исследование Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... закономерностей зарождения и развития изъянов в т/о трубках, улучшение ЭНК т/о трубок парогенераторов АЭС с РУ ВВЭР. Экспериментальная проверка мероприятий по увеличению достоверности контроля т/о трубок парогенераторов АЭС с РУ ВВЭР-1000 и Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... ВВЭР-440», «Опытно-промышленные тесты программно-методического обеспечения для систем ВТК т/о трубок ПГ АЭС с ВВЭР, позволяющего оценивать количество отложений на т/о трубках» (2008-2009), «Обеспечение внедрения на АЭС улучшенного программно Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной...-методического обеспечения для систем ВТ контроля т/о трубок парогенераторов АЭС с РУ ВВЭР» (2009-2010), также по договору с ООО «Интрон+» (заказчик АК «Транснефть» и ОАО «Центр технической диагностики») по теме "Разработка и изготовка Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... магнитной измерительной системы магнитного дефектоскопа МДСкан и программки обработки данных" (2002-2004) и по договору с ОАО «Машиностроительный завод ЭлеМаш» (Топливная компания Росатома «ТВЭЛ») на проведение опытно-конструкторских работ по теме «Разработка Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... улучшенной аппаратуры контроля свойства заливки циркониевых изделий контактным материалом» (2008-2010).

На базе выполненных теоретических исследовательских работ разработаны и внедрены: программно-методическое обеспечение для обнаружения, систематизации и параметризации изъянов теплообменных труб по результатам вихретокового Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... контроля парогенераторов АЭС с реакторными установками ВВЭР-440 и ВВЭР-1000, методика контроля наличия и оценка объема отложений на теплообменных трубках парогенераторов вихретоковым способом (ОАО «Концерн Росэнергоатом»), установка с матричным вихретоковым преобразователем для контроля твэлов Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... для плавучих атомных теплоэлектростанций (ОАО «Машиностроительный завод ЭлеМаш»), алгоритмическое обеспечение внутритрубного магнитного дефектоскопа для контроля состояния металла магистральных нефтепроводов (АК «Транснефть»).

Главные положения, выносимые на защиту

Научно-методический подход к решению прямых и Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... оборотных задач вихретокового, магнитного, электроемкостного и электропотенциального видов неразрушающего контроля, включающий действенные методы конечно-элементного моделирования, обработки и интерпретации регистрируемых сигналов первичных преобразователей.

Результаты численного моделирования и экспериментального исследования предложенных алгоритмов решения Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... задач электрического контроля для объектов, содержащих недостатки различного профиля.

Способ компенсации воздействия мешающих причин на сигнал от недостатка при многочастотном вихретоковом контроле теплообменных труб парогенераторов при помощи проходного дифференциального преобразователя.

Метод построения Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... архитектуры нейросетевого комплекса при решении задачки систематизации и параметризации изъянов в задачках вихретокового и магнитного контроля.

Алгоритмическое обеспечение многочастотного вихретокового контроля теплообменных труб парогенераторов АЭС с реакторами ВВЭР.

Способ инвариантного Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... преобразования характеристик сигнала при неконтролируемом изменении эксплуатационных причин в применении к задачке магнитного контроля трубопроводов.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались и дискуссировались на 22-х забугорных и 30-и Русских научно-технических конференциях, коллоквиумах, семинарах Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., рабочих совещаниях, в том числе:


Публикации

Результаты диссертационной работы размещены в 152-х печатных работах, из их 10 статей в журнальчиках списка ВАК («Дефектоскопия», «Вестник МЭИ», «Нейрокомпьютеры, разработка, применение»); 2 патента, 2 свидетельства Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... о регистрации программ на ЭВМ, 5 статей в трудах интернациональной конференции «Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation», 4 монографии в виде научно-методических изданий, 61 доклад (более 3-х страничек) и 50 тезисов в трудах Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... вышеперечисленных русских и забугорных конференций. На британском языке размещено 34 из перечисленных работ. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения.


^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во внедрении обусловлена актуальность темы диссертации, определены цель и задачки работы, раскрыты научная Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... новизна и практическая ценность, сформулированы главные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан обзор современного состояния способов и алгоритмов решения прямых и оборотных задач электрического неразрушающего контроля, предназначение которого Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... – найти недостатки и оценить их геометрические свойства (размеры, форму и размещение), основываясь на результатах измерений на контролируемом изделии.

Для развития современных технологий принципиальным является детализированный анализ соответственных физических процессов, описываемых математическими моделями. Исследование этих Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... процессов нереально без использования высокоточных способов численного моделирования, посреди которых лидирует способ конечных частей (программные комплексы ANSYS, COMSOL, COSMOS, FLUX3D). Но при помощи этих комплексов не всегда удаётся получать результаты Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... требуемого свойства при решении ряда практических задач, к которым можно отнести задачки моделирования трёхмерных электрических полей в ряде устройств неразрушающего контроля, требующих использования особых вычислительных схем.

Обычный подход, обширно используемый в текущее время на Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... практике при решении оборотной задачки - способ на базе калибровочных данных, когда отдельные значения характеристик, выделенные в экспериментальных данных, сравниваются с теми значениями, которые взяты из совокупы стандартных сигналов, приобретенных от узнаваемых Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... изъянов. Любая калибровочная кривая выходит, если изменяется один из характеристик недостатка, при всем этом все другие остаются постоянными и принимают известные значения. По этим графикам проводится параметризация изъянов, другими словами численная оценка Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... эквивалентных значений глубины, длины, ширины, угла ориентации недостатка либо его эквивалентного объема. Способ, основанный на построении калибровочных кривых, справедлив только тогда, когда форма недостатка известна заблаговременно. Этот способ становится неприемлемым, если форма изъянов Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... значительно отличается от формы изъянов, использованных при построении калибровочных кривых.

Современные способы можно разбить на два огромных класса: способы, основанные на математической модели изучаемого процесса (так именуемые феноменологические способы) и способы Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., в базе которых лежат методы анализа сигналов (так именуемые алгоритмические способы).

^ Феноменологические способы строятся на базе использования математического описания физики явления, лежащего в базе способа контроля. Более общий подход состоит в Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... неоднократном использовании прямой математической модели с конфигурацией конфигурации недостатка до того времени, пока норма ошибки меж решением, даваемым этой моделью, и экспериментально приобретенным сигналом не будет минимизирована. Выбор математической модели очень важен, потому Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... что это конкретно оказывает влияние на качество получаемого результата. Только модели с меньшими упрощениями в описании физики явления могут гарантировать положительный результат. К таким численным моделям относятся модели на базе способа конечных частей Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной.... Вычислительные издержки этого универсального способа численного решения задач математической физики могут быть существенно снижены выбором действенных расчетных схем.

В алгоритмических способах процедура инверсии экспериментальных данных формулируется как задачка определения образов и в Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... данном случае сигнал идентифицируется как представитель 1-го из классов, относящихся к известным типам изъянов. В этом классе алгоритмов непрерывное место решений разбивается на конечное число подпространств, соответственных избранным классам. Соответствующей Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... особенностью этих способов будет то, что они опираются на заблаговременно сформированный банк данных, содержащий надлежащие сигналы от всех типов изъянов. Этот набор сигналов относится к так именуемой обучающей выборке, которая употребляется Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... для обучения некой автоматической системы, в базе работы которой заложен метод определения.

Операция выделения признаков несет две главные функции, а конкретно, сжатие данных и обеспечение инвариантности. Вектор характеристик сигнала находится из анализа результатов измерений. Процедура Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... выделения признаков строится с целью значимого сокращения объема данных и, соответственно, приводит к существенному уменьшению длины вектора признаков по отношению к вектору отсчетов всего сигнала. Инвариантность признаков является важным нюансом систем систематизации Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... сигналов. На практике электрический контроль проводится в повсевременно изменяющихся экспериментальных критериях, таких, к примеру, как свойства преобразователя (к примеру, под воздействием температуры), варьируемая скорость сканирования, изменяющиеся (локальные) значения диэлектрической Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... проницаемости, электронной проводимости и магнитной проницаемости объекта контроля, непостоянность коэффициента усиления измерительного прибора и т.д. Основная же цель состоит в разработке такового метода обработки сигналов, который позволил бы восполнить изменение сигнала при варьируемых нестабильных Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... критериях проведения опыта. Такие схемы обработки более важны для удачного функционирования всей системы систематизации сигналов, обеспечивая нечувствительность к неминуемым воздействиям наружных критерий, в каких получают реальный диагностический сигнал.

В качестве Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... признаков употребляются характеристики сигнала в разных местах, включая признаки временного места (значение максимума сигнала, время нарастания, автокорреляционные коэффициенты), признаки Фурье-пространства (энергия выделенных частотных диапазонов, частота наибольшего отклика), признаки всеохватывающего места Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... (периметр, площадь и ориентация линии движения сигнала на всеохватывающей плоскости). Признаки анализируются на шаге редактирования, где основная цель - найти те признаки, которые владеют большей дискриминационной (разделяющей) информацией.

При нейросетевом подходе задачка реконструкции профиля недостатка формулируется Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... как задачка идентификации функции соответствия меж сигналами датчиков, сканирующих поверхность контролируемого изделия, и разыскиваемым профилем. Эта непрерывная функция аппроксимируется с внедрением традиционного приема разложения по базисным функциям. Обучение сети состоит в Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... оценивании характеристик базовых функций и коэффициентов разложения.

Процедура систематизации и реконструкции геометрических характеристик недостатка может быть улучшена внедрением так именуемого способа постепенного многошагового увеличения разрешающей возможности. Такие нейронные сети имеют иерархическую структуру Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., связанную с многоуровневой разрешающей способностью и переменным масштабом как для глобальной, так и для локальной интерполяции.

Сеть учится иерархически, поначалу обучение проводится для функции соответствия меж входными сигналами и надлежащими им выходными данными Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... для самой грубой разрешающей возможности, а потом эта функция поочередно корректируется и дополняется при помощи соответственной детализации на более больших уровнях разрешения. Точность реконструкции недостатка может регулироваться числом уровней разрешения в архитектуре Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... сети.

Во 2-ой главе изложена процедура формирования конечно-элементной системы уравнений, представляющей обобщенную математическую модель трехмерных задач электрического контроля в вариационной постановке, при всем этом выражение для функционала электрического Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... поля в расчетной области имеет вид

,

(1)

где соответственно напряженность электронного и магнитного поля, индукция и вектор электронного смещения, вектор плотности тока и векторный магнитный потенциал, радиальная частота и удельная электронная проводимость.

Вводя Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... обозначение , с учетом анизотропии магнитных параметров ( - удельное магнитное сопротивление), получим



(2)

Система уравнений формируется при условии равенства нулю производных функционала по всем неведомым в области решения

,

(3)

где N суммарное число узлов в области решения.






Представив Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... значение векторного потенциала подходящим аппроксимирующим выражением через функцию формы



(4)

(M – число узлов в k-ом конечном элементе), получим глобальную систему линейных уравнений относительно всеохватывающих составляющих векторного потенциала всех узлов сети

,

(5)

где - действительная часть элементной Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... матрицы, - надуманная часть, и вектор неведомых и вектор источников. Коэффициенты системы рассчитываются аналитическим (в случае треугольника либо тетраэдра) либо численным интегрированием для каждого конечного элемента и вводятся в глобальную систему уравнений, которая решается Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... стандартными способами.

Если нужно учитывать скорость движения датчика относительно объекта контроля, употребляется способ взвешенных невязок, предполагающий подстановку конечно-элементной аппроксимации решения в соответственное уравнение поля и приравнивание нулю взвешенной невязки.

Описанные методы построения Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... конечно-элементных решений реализованы в программном комплексе MagNum3D. При помощи разработанного пакета можно решать шиpокий спектp задач статического, стационаpного и квазистационаpного электрического поля с нелинейными анизотропными электpофизическими качествами сpед. Результатом Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... вычислительного опыта в задачках электрического контроля, обычно, является численная оценка реакции измерительного преобразователя (в виде потенциала электрода, сигнала датчика Холла, годогpафа наводимого напряжения либо хpонологических кpивых) пpименительно к контpолю определенного объекта с недостатком Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... данной формы и ориентации, оценка значений этого сигнала при разных pежимах (методиках) контpоля, выделение информативных признаков с целью опpеделения контролируемых паpаметpов.

В работе представлены результаты численных исследовательских работ ряда тестовых (benchmark) задач вихретокового Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... и магнитного контроля (рис.1). Исследования проводились на трехмерных конечно-элементных моделях с внедрением пакета MagNum3D. Объекты контроля были представлены относительно ординарными по конфигурации элементами - прямоугольные железные пластинки с дефектами-отверстиями, ферромагнитная Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... труба с недостатками в виде продольных пропилов на внутренней и наружной поверхности. Данными являлись геометрические размеры объектов контроля, изъянов, катушки, намагничивающего устройства, электрофизические свойства материалов, ток и частота (в Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... случае переменного тока).

Результатом анализа являлось сравнение экспериментальных и расчетных данных рассредотачивания обычной составляющей вектора магнитной индукции повдоль линии движения сканирования датчика Холла над поверхностью контролируемого объекта при разных зазорах.







Рис.1. Тестовые (benchmark) задачки Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... вихретокового и магнитного контроля

3-я глава посвящена теоретическому исследованию и обоснованию двухшагового метода в рамках способа конечных частей для расчета поля воздействия недостатка в трехмерных задачках. Этот метод сравнивается с обычным, когда поле Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... воздействия определяется как разница полного поля и некого аппроксимирующего (“бездефектного”) поля.

Основная мысль двухшагового метода решения трехмерных задач электрического контроля заключается в последующем. Начальная краевая задачка электрического поля

,

(6)

где - разыскиваемая переменная Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... (обычно, скалярный либо векторный потенциал) трехмерного поля с учетом воздействия исследуемого недостатка, - правая часть, обусловленная источниками поля, - дифференциальный оператор, соответственный определенному способу контроля.

Пусть - переменная трехмерного поля, определяемая теми же источниками и контролируемым Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... объектом, что и в задачке (6), но без учета воздействия исследуемого недостатка. В данном случае задачка, определяющая переменную основного поля , может быть записана в виде

.

(7)

Переменная поля воздействия недостатка будет удовлетворять уравнению

.

(8)

Таким макаром Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., рассредотачивание поля воздействия недостатка может быть найдено с высочайшей точностью из решения задачки (8) исключительно в том случае, если оператор и член в задачке (7) близки соответственно оператору и члену из задачки (6). Тогда «источником» поля будет являться Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... в главном итог воздействия разностного оператора () на поле .

С учетом этого можно строить действенные конечно-элементные сетки как при численном решении аппроксимирующей задачки (7), так и при численном решении задачки Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... (8), определяющей поле .

Дальше в главе рассмотрен другой, более обычный исходя из убеждений численной реализации метод вычисления поля воздействия контролируемого недостатка при условии трехмерного поля . Этот метод заключается в последующем.

На одной и той же конечно Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной...-элементной сетке решаются две задачки: полная задачка (6) с учетом воздействия исследуемого недостатка и такая же задачка, но без учета воздействия контролируемого недостатка (7). Потом рассчитывается разность решений этих задач , которая и Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... является полем воздействия исследуемого недостатка.

Невзирая на то, что ошибки аппроксимации в каждой из этих задач могут быть сравнимы по уровню с полем и даже больше его, точность вычисления поля в Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... виде разности полей и оказывается высочайшей и полностью достаточна для правильной оценки поля воздействия недостатка. Данный факт можно разъяснить взаимоуничтожением главных частей ошибок аппроксимации задач (6) и (7) при вычислении разности их решений.

Рассмотренные два метода Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... вычисления полей воздействия отдельных объектов имеют свои недочеты и плюсы. Так, при вычислении поля методом решения дифференциально-краевой задачки (8) в процессе численного решения задач (7) и (8) могут быть применены две различные Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... сетки, учитывающие особенности каждой из этих задач. В итоге любая из задач (7) и (8) может быть решена на хорошей сетке с наименьшим количеством узлов, а это нередко позволяет значительно понизить требуемые вычислительные издержки Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... (память и машинное время) без понижения точности вычисления поля .

К недочетам этого метода следует отнести то, что для его внедрения нужно создать функцию корректного пересчета решения трехмерной задачки с одной трехмерной сетки на Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... другую, также функцию вычисления вкладов в правую часть конечно-элементной СЛАУ от члена операторного уравнения (8). Эти процедуры в почти всех случаях не элементарные.

2-ой метод вычисления в виде разности решений задач (6) и (7) не просит Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... разработки никаких дополнительных процедур. Но сетка, применяемая для численном решении задач (6) и (7), должна сразу учесть как особенности решения задачки (7), так и особенности решения задачки (8) (хотя задачка (8) в данном случае Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... и не решается). Это приводит к тому, что для заслуги требуемой точности в решении количество узлов в сетке увеличивается, что тянет за собой повышение издержек вычислительных ресурсов.

^ В четвертой главе описан двухшаговый Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... метод решения трехмерных эллиптических краевых задач статического и стационарного электронного поля, характеризующих соответственно электроемкостный и электропотенциальный виды контроля. Метод позволяет вычислять отклики от изъянов изделий с довольно высочайшей точностью и фактически независимо от Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... того, какую часть эти отклики составляют от уровня исследуемого электронного поля. Рассмотрены также некие теоретические особенности решения схожих краевых задач, учет которых позволяет получать принципиальные практические советы по расстановке узлов в конечно-элементных сетках Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной.... Преимущество рассмотренного метода моделирования продемонстрировано на примере решения обычных модельных задач контроля.

Поначалу рассматриваются трехмерные задачки электростатики, в каких электронное поле, описываемое скалярным потенциалом , удовлетворяет однородному дифференциальному уравнению



(9)

в трехмерной Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... области , где – диэлектрическая проницаемость материала изделия, и неоднородным краевым условиям

,

(10)

где число электродов с данным потенциалом.

Будем считать, что трехмерная область , в какой электронный потенциал удовлетворяет (9), является подобластью области . При всем этом область является областью Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... определения скалярного потенциала , удовлетворяющего дифференциальному уравнению

,

(11)

а на ее границе - краевым условиям

,

(12)

где число электродов с данным потенциалом в области .

Решение может быть представлено в виде суммы решений, а конкретно, поля и поля Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... воздействия недостатка (), при всем этом поле воздействия определяется решением краевой задачки

,

(13)

,

(14)

при этом электронный потенциал определен в той же области , что и , а краевые условия (14) заданы для него на тех же границах .

Достигнуть увеличения точности Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... и понижения вычислительных издержек можно в тех случаях, когда существует близкая к начальной области область с двумерной (а именно, осесимметричной) геометрией. В данном случае источники поля в трехмерной краевой задачке (13)-(14) будут размещены Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... исключительно в тех подобластях , где , также на тех границах либо их частях, на которых . Если геометрически осесимметричную область подобрать так, чтоб подобласть имела малый размер, а границы либо их Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... части или совпадали с границами либо их частями, или размещались в конкретной близости к (чтоб правая часть краевого условия (14) была очень близка к нулю), то уровень поля и изменение его градиентов может быть Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... значительно ниже уровня начального поля . Ошибка конечно-элементной аппроксимации в суммарном решении в данном случае будет еще ниже ошибки аппроксимации функции при вычислении ее впрямую в качестве конечно-элементного решения краевой задачки (9)-(10).

Достоинства рассмотренного Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... двухшагового метода конечно-элементного моделирования показаны на примере решения модельной задачки, заключающейся в исследовании электронного поля, создаваемого затратным концентрическим трехэлектродным преобразователем при решении задачки выявления изъянов в образчике шириной Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... 30мм из теплостойкой конструкционной керамики (с диэлектрической проницаемостью =6,0). Недостаток представлял собой маленькое включение с диэлектрической проницаемостью =1,0 (воздух) в виде кубика с размерами 111 мм³, расположенное на глубине 9мм от поверхности эталона, на которой располагается преобразователь Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., и на расстоянии 9мм от его оси. Концентрический преобразователь состоит из 3-х плоских кольцевых электродов шириной 4 мм с высоковольтным электродом (100В, наружный радиус 18мм) в центре и низковольтными (0В, наружные Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... радиусы 4мм и 30мм) по бокам (рис.2).


Высоковольтный электрод

Недостаток

Низковольтные электроды


Рис.2. Расчетная область в виде усеченного цилиндра

На рис.3 показано двумерное рассредотачивание потенциала на поверхности эталона (z=0). Возмущение поля, обусловленное наличием недостатка, фактически неприметно Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... на фоне основного поля, и составляет только около 0,05%. Кривая на рис.4, обозначенная -■-, указывает зависимость функции от круговой координаты r повдоль полосы, расположенной конкретно над недостатком, где - стандартное решение трехмерной задачки с недостатком, а Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... - без него. Эти функции были рассчитаны с внедрением довольно подробных тетраэдральных сетках (число узловых точек 142662, число тетраэдров 806664, время, затраченное на расчет, 10 минут 36 секунд), так что погрешность вычисления составляет около 0.5%, и потому Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... кривая может быть принята за идеал.





^ Рис.3. Рассредотачивание электронного потенциала на поверхности эталона (z=0)

Рис. 4. Сравнение (-♦-) со стандартным решением (кривая -■-)

Кривая, обозначенная -♦- на рис.4, указывает зависимость функции от круговой координаты r, где - поле Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... воздействия недостатка, вычисленное с внедрение описанной методики. Расчет поля производился на хорошей сетке, отличие от стандартного решения не превосходит 2%, при всем этом издержки времени на расчет составили всего 2 минутки и 13 секунд Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... (в 4,78 раз меньше).

Для варианта электропотенциального способа контроля рассматривается задачка расчета рассредотачивания электронного поля в трехмерной области с электронной проводимостью и определяемая скалярным потенциалом электронного поля , удовлетворяющим в области дифференциальному уравнению

,

(15)

и неоднородным краевым Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... условиям

,

(16)

где - участки границы расчетной области (их общее число равно ), включающие как электроды с данным потенциалом, так и довольно удаленные участки границы расчетной области, на которых потенциал электронного поля можно считать равным нулю с погрешностью Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... не выше, чем требуемая погрешность вычисления электронного поля.

,

(17)

– границы контакта проводящей среды (контролируемого железного объекта) с непроводящей (воздухом). При всем этом нужно отметить, что участки поверхности и могут включать в себя также Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... плоскости, относительно которых функция симметрична.

Потенциалы основного поля и поля воздействия удовлетворяют уравнениям

.

(18)

.

(19)

Таким макаром, решение может быть найдено за два шага. Поначалу ищется решение краевой задачки для уравнения (18) в Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... области с новейшей проводимостью и начальными граничными критериями. Потом решается краевая задачка для уравнения (19) в области с начальной проводимостью, но новыми (скорректированными) граничными критериями.

Достоинства численного решения 2-ух краевых задач (18), (19) по сопоставлению с Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... численным решением одной (15) состоит в последующем. Во-1-х, сосредоточенные источники (электроды для подвода энергии), создающие определенные трудности при численном решении начального трехмерного уравнения (15), перенесены в двумерное уравнение (18). Трехмерное уравнение (19) содержит только распределенные источники, определяемые Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... разностью проводимостей и нравом рассредотачивания двумерного поля в области недостатка . Во-2-х, в почти всех практических задачках решение уравнения (19) является маленький частью от решения начального уравнения (15), другими словами основная часть Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... решения определяется решением двумерного уравнения (18). Это значит, что для получения решения с данной точностью нужно с этой точностью решать только двумерное уравнение (18).

^ В пятой главе описан метод конечно-элементного моделирования задач вихретокового неразрушающего Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... контроля, который позволяет рассчитывать сигналы преобразователя от случайного трехмерного недостатка в железных изделиях. На практике нередко размеры исследуемого недостатка малы, потому измеряемое приращение наводимого напряжения в выходной обмотке преобразователя, вызванное наличием Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... такового недостатка, составляет порядка нескольких процентов его среднего значения. Если использовать стандартную схему расчета способом конечных частей, то вычислительные издержки на решение таковой задачки будут очень значительны. Двухшаговый метод приводит к существенному Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... понижению этих издержек. Сущность метода заключается в том, что источник поля воздействия недостатка определяется из рассредотачивания вихревых токов в металле при отсутствии недостатка. Это дает возможность использовать значимые упрощения при расчете “невозмущенного” поля, беря Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... во внимание геометрическую симметрию решаемой задачки и, тем, понижение ее размерности. Для демонстрации эффективности двухшагового метода решена обычная задачка вихретокового контроля проходным дифференциальным преобразователем участка теплообменной трубы парогенератора АЭС.

Гармоническое электрическое Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... поле описывается уравнением

,

(20)

в каком электрофизические характеристики, в общем случае, являются трехмерными функциями координат, другими словами или , , или , . Выберем такие приближения магнитной проницаемости и электронной проводимости , , чтоб эти приближения были одно Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной...- либо двумерными функциями координат, к примеру, в цилиндрической системе и , и отличались от начальных значений исключительно в тех местах расчетной области, где заданы недостатки. Через обозначим приближение постороннего тока , имеющее только -ю составляющую, а - трехмерная Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... часть постороннего тока.

Представим векторный потенциал в виде суммы 2-ух векторных потенциалов , где удовлетворяет уравнению

,

(21)

а потенциал , как поле воздействия недостатка, уравнению



(22)

При всем этом в уравнении (22) считается известной всеохватывающей векторной функцией, отысканной Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... при решении уравнения (21).

Представление решения уравнения (20) в виде суммы решения уравнения (21), определенного в осесимметричной области , и решения уравнения (22), определенного в начальной трехмерной области , в ряде фактически принципиальных случаях позволяет обеспечить высшую точность Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... численного расчета и сразу понизить вычислительные издержки по сопоставлению с численным решением уравнения (20) впрямую. Это получается из-за того, что векторный потенциал может быть вычислен с еще более высочайшей точностью и при Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... существенно более низких издержек вычислительных ресурсов за счет понижения размерности его определения – дифференциальное уравнение (21) в данном случае воспринимает “скалярный” вид

,

(23)

где векторный потенциал в цилиндрической системе координат имеет только одну ненулевую компоненту Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., а – единственная ненулевая компонента вектора плотности постороннего тока.

Так как посторонние токи сосредоточены, обычно, в некой малой подобласти расчетной области , то в округи этой подобласти решение уравнения (20) имеет резкие конфигурации производных Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... по пространственным координатам. Для понижения ошибки аппроксимации решения в подобласти с резким конфигурацией его производных нужно использовать конечно-элементную сетку с очень маленькими ячейками. В трехмерных задачках это приводит к очень большенному количеству узлов в Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... сетке. При предлагаемом подходе к решению требование существенного сгущения узлов в округи посторониих токов переносится в двумерную конечно-элементную сетку, применяемую при решении (23).

Эффективность двухшагового метода продемонстрирована на решении обычной трехмерной задачки Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... вихретокового контроля теплообменной трубы (2) парогенератора АЭС с недостатком (3) при помощи проходного дифференциального преобразователя (1) (рис.5). Сравнение результатов расчета (годографы вносимого напряжения), приобретенных двухшаговым методом и по стандартной схеме, приведено на рис.6. Как видно Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... из сопоставления годографов на рисунке, решения фактически совпадают (отличие не превосходит 3%). Осесимметричное поле для уравнения (23) было рассчитано на очень подробной треугольной сетке, так что погрешность его вычисления составляет менее 0.3%. Расчет Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... поля воздействия недостатка производился на относительно грубой конечно-элементной сетке (120 960 тетраэдров). Сигнал стандартного решения получен на тетраэдральной сетке, содержащей более чем в 5 раз большее количество конечных частей (614 400 тетраэдров) по сопоставлению с сетью Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., использованной при вычислении поля воздействия недостатка. При всем этом время счета отличалось более чем в 12 раз.





Рис.5. Модель процедуры контроля трубки проходным преобразователем

Рис.6. Сравнение расчетов (-▲-) со стандартным решением (-♦-)

^ В 6-ой главе описаны этапы проектирования Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... алгоритмического обеспечения системы многочастотного вихретокового контроля теплообменных труб парогенераторов АЭС с ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 при помощи проходного дифференциального преобразователя.

Процедура проектирования включала в себя: создание математической модели объектов контроля с учетом реальных Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... электрофизических параметров частей конструкции; исследование воздействия на сигнал мешающих причин (конструктивных частей, помех); формирование банка сигналов от широкого диапазона изъянов (модельных, искусственных, экспериментальных); разработку алгоритмов подготовительной обработки сигналов (фильтрация Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... помех, отстройка от воздействия мешающих причин); формирование набора признаков для обнаружения и оценки размеров изъянов и, в конце концов, разработку автоматического классификатора изъянов и его настройку.

Основными эксплуатационными (мешающими) факторами при вихретоковом Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... контроле теплообменных труб являются: изменение толщины стены отдельных трубок по длине (так именуемый геометрический шум, пильгер-шум); наличие конструктивных частей (дистанционирующих и антивибрационных решеток, плиты коллектора); наличие нескольких (до 5-и) гибов в Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... конструкции теплообменной трубки на пути от “жаркого” к “прохладному” коллектору; воздействие локальной намагниченности материала трубки в областях напряженного состояния металла; наличие электропроводящих и/либо магнитных отложений.

Для отстройки от воздействия эксплуатационных причин Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... в многочастотном вихретоковом контроле в диссертационной работе предложен и реализован метод компенсации, состоящий в формировании таковой композиции всеохватывающих векторов сигналов от мешающего фактора на различных частотах, которая бы воспринимала малое (нулевое) значение. К Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... примеру, в случае использования сигналов 3-х частот этот метод смотрится последующим образом - выбором всеохватывающих коэффициентов и достигнуть равенства нулю выражения

,

(24)

где через обозначен полный вектор сигнала от мешающего фактора на частоте . Вероятные варианты Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... реализации этого метода представлены на рис.7.





Рис.7. Варианты реализации метода компенсации мешающего фактора

Предложенный способ компенсации подразумевает возможность формирования таковой композиции всеохватывающих векторов (варьированием коэффициентов и ), для которой сигнал от недостатка максимален, что Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... обеспечивает высочайшее значение дела сигнал/шум.



,

(25)

где - полный вектор сигнала от недостатка на частоте .

Применение метода при отстройке от воздействия пильгер-шума позволяет прирастить отношение сигнал/шум более чем на 6…9 dB, а Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... от воздействия дистанционирующих и антивибрационных решеток – на 5…7 dB.

Принципиальным шагом была разработка нейросетевого комплекса, реализующего операцию оценивания геометрических черт найденных изъянов по характеристикам соответственных многочастотных сигналов. Нужная для разработки презентативная библиотека сигналов формировалась Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... с внедрением как теоретических, так и экспериментальных данных. Теоретические (модельные) данные были получены при помощи программки MagNum3D, а экспериментальные - измерением сигналов на тест-образцах с искусственными недостатками.

Сигналы преобразователя рассчитывались Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... для теплообменной трубы (поперечник 16 мм, толщина стены 1.5 мм, материал – аустенитная сталь марки 08X18H10T) с недостатками разных форм и размеров на 3-х рабочих частотах (60 кГц, 130 кГц и 280 кГц). Рассматривались недостатки типа Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... утраты металла при разном положении на трубе (наружные, внутренние, сквозные), ориентации (продольные, поперечные, локализованные) и при изменении в широком спектре геометрических характеристик (глубины от 10 до 100% толщины стены, длины в осевом от 0,1 до Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... 36 мм и в азимутальном от 2° до 360° направлении). Для трехмерных расчетов (с недостатками случайной формы, ориентации и размеров) использовались разработанные действенные схемы конечно-элементного моделирования. На рис.8 приведены годографы сигнала на частоте 130 кГц Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... от изъянов в виде наружной и внутренней продольной трещинкы (модель стресс-коррозионного растрескивания) с осевой длиной 6 мм и различной глубиной (в процентах от толщины стены трубки). На рис.9 - годографы сигнала на частоте Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... 60 кГц от наружного недостатка в виде сверления (модель питтинговой коррозии) поперечником 1,2 мм и различной глубины (100% соответствует сквозному сверлению). После производства тест-образцов труб и проведения соответственных измерений библиотека была дополнена экспериментальными Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... сигналами от изъянов с известными размерами на образчиках труб. Библиотека многочастотных сигналов содержала 657 модельных сигналов и 54 экспериментальных от широкого диапазона изъянов (питтинги, стресс-коррозионные трещинкы, коррозионный износ) (Таблица 1).





^ Рис.8. Сигнал (130 кГц) от продольной трещинкы Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... длиной 6 мм и различной глубиной (в % от толщины стены трубки)

Рис.9. Сигнал (60 кГц) от сверления поперечником 1,2 мм и различной глубиной (в % от толщины стены)

Таблица 1

Состав библиотеки многочастотных сигналов от изъянов

Сигналы

Количество Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... изъянов

Всего

Наружные

Сквозные

Внутренние

Модельные

356

73

228

657

Экспериментальные

32

8

14

54

Всего

388

81

242

711

В качестве информативных признаков были выбраны значения амплитуды, фазы, спектра конфигурации реальной и надуманной составляющих, протяженности (с учетом шага считывания) сигнала. Выбор признаков, чувствительных к геометрическим характеристикам изъянов, проводился с внедрением корреляционного анализа (с Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... коэффициентом корреляции более 0,4), также способа основных компонент.

Подготовительные исследования проявили, что исследуемые классы изъянов в многомерном пространстве признаков имеют границы очень сложной формы, а иногда значительно перекрываются. При всем этом учитывалось, что Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... в реальных критериях данные будут иметь приметный шум. Пробы воплотить одну нейронную сеть для решения задачки закончились неудачей – ошибки систематизации и оценки геометрических характеристик изъянов были неприемлимо высоки (ошибка Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... систематизации достигала 17%, а ошибка в определении глубины недостатка – 37%).

Для решения задачки был реализован иерархический нейросетевой комплекс, состоящий из огромного количества модулей – нейросетей, каждый модуль решает отдельную подзадачу. Модульный подход позволил разбить аппроксимируемую функцию Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... на набор более обычных функций, что отдало возможность избежать утраты свойства систематизации и параметризации, связанной с вероятным наличием в обучаемой выборке противоречивых данных (за счет воздействия погрешности). Не считая того, внедрение модульной архитектуры Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... позволило достраивать при необходимости отдельные модули, не затрагивая уже настроенные.

Архитектура 1-го из спроектированных в работе нейросетевых комплексов с поочередной организацией модулей для определения более критичного геометрического параметра выявленного недостатка (глубины) приведена Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... на рис.10. Каждый модуль представляет собой двухслойный персептрон с сигмоидальной функцией активации.

Результаты работы иерархической нейронной сети, настроенной на систематизацию изъянов, сведены в Таблицу 2. Как видно из таблицы, только семь изъянов из Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... 711 были неверно отнесены к другому классу. Из этих 7 изъянов 6 являются сквозными и были отнесены классификатором к классу внутренних.



Рис.10. Нейросетевой комплекс для определения глубины недостатка и его положения

Оценки погрешности оценки геометрических характеристик изъянов Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной... сведены в Таблицу 3. Полностью удовлетворительными можно считать погрешности определения глубины изъянов и осевой протяженности продольных изъянов. В то же время, ошибка в определении геометрических характеристик поперечно нацеленных изъянов может быть неприемлимо высока Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., что можно разъяснить принципными ограничениями методики контроля труб при помощи проходных преобразователей.

Таблица 2

Результаты опции нейронной сети при систематизации

Огромное количество

Обучающее

Тестовое

Класс

Наружный

Сквозной

Внутренний

Наружный

Сквозной

Внутренний

Всего

239

51

151

149

30

91

Правильно

239

47

151

149

28

90

Ошибочно

0

4

0

0

2

1




Наружный

239

0

0

149

0

0

Сквозной

0

47

0

0

28

1

Внутренний

0

4

151

0

2

90

Таблица 3

Погрешности определения характеристик изъянов

Глубина

Наружные недостатки

Внутренние недостатки

Погрешности, %

Погрешности, %

Продольные

7.5

Продольные

8.4

Поперечные

19.3

Поперечные

20.0

Произвольные

11.1

Произвольные

11.5

Средняя

9.8

Средняя

11.2




Осевая протяженность

Объем утраты металла

Погрешности Научная проблема - Развитие теории и создание высокоэффективных программно-алгоритмических средств электромагнитной..., мм

Погрешности, мм3

Продольные

0.6

Продольные

14.7

Поперечные

3.1

Поперечные

58.5

Произвольные

1.7

Произвольные

78.8

Средняя

1.5

Средняя

20.8



nauchnaya-rabota-smi-i-kultura-rechi-2.html
nauchnaya-revolyuciya-17-stoletiya-b-v-markov-voprosi-k-ekzamenu-po-specialnosti-literaturovedenie.html
nauchnaya-revolyuciya-xvixvii-vv-raboti-n-kopernika-g-galileya-i-nyutona-novaya-nauchnaya-metodologiya-galileya.html