Estudio de redes neuronales y modelos de cuadripolos para la solución del problema inverso en ensayos no destructivos por medio de corrientes inducidas. Aplicación para el control de espesores en superficies metálicas con protección multicapa.

  1. Corbí Cabrera, Adrián
Supervised by:
  1. Manuel Pascual Guillamón Director
  2. Samuel Sánchez Caballero Director
  3. José Enrique Crespo Amorós Director

Defence university: Universitat Politècnica de València

Fecha de defensa: 09 February 2016

Committee:
  1. José Sanes Molina Chair
  2. Jose Manuel Diez Aznar Secretary
  3. Gloria Begoña Sánchez Bravo Committee member

Type: Thesis

Abstract

[EN] «Study of neural networks and quadrupole models for the solution of the inverse problem in non-destructive testing by eddy currents. Application control of thickness on metal surfaces with multilayer protection» Abstract Currently the use of test methods using eddy current testing has become widespread in the industry, not only in the field of non-destructive testing, to study the behavior of cracks in components subject to fatigue and to detect failures metal internal structure, but also as measuring instruments to obtain information from the characterization of materials, composition of the surface layers, surface oxidation extent of the thickness of the surface layers treated for hardening. However, the application of currents induced to meet sizing surface layers can be solved by direct problem but not the reverse, obtained from measurements of electromagnetic parameters, the dimensions of the laminated layers on the metal surface. This unique case is trying to solve this thesis so that replaces modeling using different physical layers of the material, quadrupole or quadrupole elements, whose behavior can set the parallel appearing in induced surface currents metal under real conditions. For this, they have taken several sets of plates with different known thicknesses are measured and their characteristic impedances by suitable sensors. The results obtained are used to train an artificial neural network, and therefore should allow its use to solve the inverse problem, i.e., from readings measured as input to the neural network to obtain the dimensions wanted to check out. The work begins with a detailed study of the solutions to equations and harmonic electromagnetic fields for the model proposed. The method of the magnetic vector potential vector with Coulomb contrast conditions used. Signal propagation near the surface and in the border region are studied. The basic formulation of the induced currents is established and studied in detail two specific problems and their models, the finite thickness plate and a cylinder. However, this method of solving the equations of the problem is proposed by using numerical series in replacing the integrals with infinite upper limit. Results to calculate the resulting model parameters based on the obtained test frequency and for a model settled down. We proposes a simulation model ANSYS two solutions, the first a plane model is used PLANE53 and second dimensional model SOLID236. From the latter assay sensitivity of currents induced by benchmarking the environmental conditions change, permeability and conductivity are studied. A model similar to the propagation of a transmission line in telecommunications models for that quadrupoles are set and are daisy-chained signal is also proposed theoretical results are obtained even different frequencies and are used to show a method of measuring or control of different thicknesses. [ES] Estudio de redes neuronales y modelos de cuadripolos para la solución del problema inverso en ensayos no destructivos, por medio de corrientes inducidas. Aplicación para el control de espesores en superficies metálicas con protección multicapa Resumen En la actualidad el uso de métodos de prueba empleando ensayos de corrientes inducidas se ha generalizado en la industria, no sólo en el campo de los ensayos no destructivos, para estudiar el comportamiento de las grietas en elementos sujetos a fatiga así como para detectar fallas en la estructura interna metálica, sino también como instrumentos de medida para obtener información de la caracterización de los materiales, composición de las capas superficiales, magnitud de la oxidación superficial, espesor de las capas superficiales tratadas para su endurecimiento. Sin embargo, la aplicación de corrientes inducidas para conocer el dimensionado de capas superficiales puede resolverse mediante el problema directo pero no así el inverso, obtener a partir de las mediciones de parámetros electromagnéticos, las dimensiones de las capas estratificadas en la superficie del metal. Este caso singular es el que trata de resolver esta tesis de manera que empleando un modelado que sustituye las distintas capas físicas del material, por elementos cuadripolares o cuadripolos, de cuyo comportamiento se puede establecer el paralelismo con que aparecen las corrientes inducidas en la superficie del metal en condiciones reales. Para esto, se han tomado varios juegos de placas con distintos espesores conocidos y se han medido sus impedancias características mediante sensores adecuados. Los resultados obtenidos sirven para entrenar una red neuronal artificial, y por tanto deben de permitir su empleo para resolver el problema inverso, es decir, a partir de las lecturas de la medición como entrada de la red neuronal obtener las dimensiones buscadas a la salida. Los trabajos se inician con un estudio detallado de las soluciones a las ecuaciones de campos electromagnéticos armónicos y para el modelo que se propone. Se usa el método vectorial del potencial vector magnético con las condiciones de contraste de Coulomb. Se estudian la propagación de señales en las proximidades de la superficie y en la región frontera. Se establece la formulación básica de las corrientes inducidas y se estudian con detalle dos problemas concretos y sus modelos, el de una placa de espesor finito y el de un cilindro. Con todo ello se propone un método de resolución de las ecuaciones del problema mediante el empleo de series numéricas en la sustitución de las integrales con límite superior infinito. Se obtienen resultados para el cálculo de los parámetros resultantes en función de la frecuencia de ensayo y para un modelo establecido. Se propone un modelo de simulación ANSYS con dos soluciones, en la primera se emplea un modelo plano PLANE53 y en la segunda un modelo tridimensional SOLID236. A partir de este último se estudia la sensibilidad del ensayo de corrientes inducidas por comparación de resultados al modificar las condiciones del medio, permeabilidad y conductividad. También se propone un modelo de propagación de señal similar al de una línea de transmisión en telecomunicaciones, para ello se establecen modelos de cuadripolos y se conectan en cadena, los resultados teóricos se obtienen par las distintas frecuencias y sirven para mostrar un método de medida u control de los distintos espesores [CAT] «Estudi de xarxes neuronals i models de quadripols per a la solució del problema invers en assajos no destructius, per mitjà de corrents induïts. Aplicació per al control de gruixos en superfícies metàl·liques amb protecció multicapa» Resum En l'actualitat l'ús de mètodes de prova emprant assaigs de corrents induïts s'ha generalitzat en la indústria, no només en el camp dels assajos no destructius, per estudiar el comportament de les esquerdes en elements subjectes a fatiga així com per detectar falles en l'estructura interna metàl·lica, sinó també com a instruments de mesura per obtenir informació de la caracterització dels materials, composició de les capes superficials, magnitud de l'oxidació superficial, espessor de les capes superficials tractades per al seu enduriment. No obstant això, l'aplicació de corrents induïts per conèixer el dimensionament de capes superficials pot resoldre mitjançant el problema directe però no així l'invers, obtenir a partir dels mesuraments de paràmetres electromagnètics, les dimensions de les capes estratificades en la superfície del metall. Aquest cas singular és el que tracta de resoldre aquesta tesi de manera que emprant un modelatge que substitueix les diferents capes físiques del material, per elements quadrupolars o quadripols, del comportament es pot establir el paral·lelisme amb què apareixen els corrents induïdes en la superfície del metall en condicions reals. Per això, s'han pres diversos jocs de plaques amb diferents gruixos coneguts i s'han mesurat les seves impedàncies característiques mitjançant sensors adequats. Els resultats obtinguts serveixen per entrenar una xarxa neuronal artificial, i per tant han de permetre la seva ocupació per resoldre el problema invers, és a dir, a partir de les lectures del mesurament com a entrada de la xarxa neuronal obtenir les dimensions buscades a la sortida. Els treballs s'inicien amb un estudi detallat de les solucions a les equacions de camps electromagnètics harmònics i per al model que es proposa. Es fa servir el mètode vectorial del potencial vector magnètic amb les condicions de contrast de Coulomb. S'estudien la propagació de senyals en les proximitats de la superfície hi ha la regió frontera. S'estableix la formulació bàsica dels corrents induïts i s'estudien amb detall dos problemes concrets i els seus models, el d'una placa de gruix finit i el d'un cilindre. Amb tot això es proposa un mètode de resolució de les equacions del problema mitjançant l'ús de sèries numèriques en la substitució de les integrals amb límit superior infinit. S'obtenen resultats per al càlcul dels paràmetres resultants en funció de la freqüència d'assaig i per a un model establert. Se proposa un model de simulació ANSYS amb dues solucions, en la primera es fa servir un model pla PLANE53 i en la segona un model tridimensional SOLID236. A partir d'aquest últim s'estudia la sensibilitat de l'assaig de corrents induïts per comparació de resultats en modificar les condicions del medi, permeabilitat i conductivitat. També es proposa un model de propagació de senyal similar al d'una línia de transmissió en telecomunicacions, per això s'estableixen models de quadripols i es connecten en cadena, els resultats teòrics s'obtenen bat les diferents freqüències i serveixen per mostrar un mètode de mesura o control dels diferents gruixos. Corbí Cabrera, A. (2016). Estudio de redes neuronales y modelos de cuadripolos para la solución del problema inverso en ensayos no destructivos por medio de corrientes inducidas. Aplicación para el control de espesores en superficies metálicas con protección multicapa [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. doi:10.4995/Thesis/10251/63448.