ارزیابی عددی مدل های رفتاری ماده هایپرالاستیک به منظور تخمین سرعت موج فراصوتی طولی تجربی در نمونه پلی یورتانی

در این پژوهش به منظور تدوین یک روش بازرسی فراصوتی برای اطمینان از کیفیت پخت و عدم وجود نقص در دیسک‌های پلی یورتانی توپک‌های مورد استفاده در صنعت خط لوله انتقال نفت و گاز، مبانی انتشار امواج فراصوتی و اندازه‌گیری سرعت این امواج در نمونه‌ای تجربی و سپس مدلی عددی بررسی می‌گردد. یک استوانه پلی‌یورتانی، تعدادی نمونه چگالی سنجی و تعدادی نمونه آزمون کشش تولید شده و خواص کششی با استفاده از آزمون کشش تک محوره و همچنین چگالی نمونه به صورت تجربی با استفاده از اندازه گیری حجم و جرم اندازه گیری گشته است. سپس سرعت موج طولی به روش فراصوتی و با آرایش ارسال دریافت به صورت تجربی با تراگذارهای با فرکانس 120 کیلوهرتز استخراج می‌گردد. به منظور توسعه مدل شبیه‌سازی مناسب جهت مطالعات بعدی و مطالعه اثر عیوب مختلف در مدل شبیه‌سازی، ابتدا می‌بایست اثر مدل‌های رفتاری مختلف ماده هایپرالاستیک و همچنین ضریب پواسون بر شاخص‌های انتشار موج بررسی گردد. به این منظور، سه مدل رفتاری یوه، نئو هوک و مونی ریولین به داده های آزمون کشش تک محوره برازش شده، و سپس سرعت موج در شبیه سازی عددی با استفاده از این سه مدل، استخراج گشته و با نتایج آزمون تجربی فراصوتی مقایسه گردیده است. در این پژوهش اثر مدل رفتاری ماده و ضریب پواسون بر سرعت موج بررسی‌گردیده و سایر شاخص‌ها مانند دامنه و استهلاک بررسی نگردیده است. نتایج نشان می‌دهد برای ماده پلی‌یورتان استفاده شده، با داشتن چگالی و منحنی آزمون کشش تک محوره، مدل رفتاری یوه و سپس مونی ریولین نتایج نزدیکتری به آزمون تجربی را از نظر تطابق سرعت موج طولی، با خطای کمتر از یک درصد، در بردارد.

numerical evaluation of hyperelastic material models in order to estimate the experimentally measured longitudinal ultrasonic wave in polyurethane specimen

in this research، the basic application of ultrasonic wave propagation and velocity measurement in a hyperelastic material is performed both in an experimental sample and a numerical model، in order to develop a methodology for curing quality assessment and defect characterization in polyurethane discs which are used in oil and gas pipeline pigs. a polyurethane cylinder، some density measurement samples and some tensile test specimens have been produced، followed by extracting the tensile specifications from tensile test results and also the density of the specimen through measuring the volume and mass experimentally in lab. test. moreover، a through transmission ultrasonic test using a set of longitudinal 120 khz probes has been performed and wave velocity in the polyurethane specimen has been measured several times experimentally. in order to develop a proper numerical model for further studies on how ultrasound waves are affected by different defects، the hyperelastic material model and poisson ratio effect on ultrasonic wave features must be studied first. in this research، three material models، including neo-hook، mooney rivlin and yoeh have been fitted to the tensile test results، followed by numerical simulation of ultrasonic wave propagation and velocity measurement which are compared with previously described experimental test results. the material model and poisson ratio outcome on ultrasonic wave velocity have been studied، while other wave features like amplitude and attenuation have not been considered. finally the results have shown that for the employed polyurethane material، with available density and tensile test results from experimental lab. test، the yeoh and mooney rivilin hyperelastic models respectively provides more compatible numerical results with the experimentally measured wave speed with errors less than one percent. as it previously mentioned،، performing further studies on the effect of different defects on ultrasound waves based on the results of this study is highly recommended.