an efficient simulation scheme for testing materials in a nondestructive manner

9
An ecient simulation scheme for testing materials in a nondestructive manner Balqies Sadoun * College of Engineering, Al-Balqa' Applied University, Al-Salt 19117, Jordan Abstract Nondestructive testing NDT) of materials and systems is becoming more and more important these days due to the progress in the enabling technologies used in such tests and the nature of materials and systems that should be tested without any kind of disturbance or damage. Detecting defects in materials is an important process in the quality control process of engineering systems. NDT can be applied to many systems in many disciplines including civil engineering, architectural engineering, material engi- neering and science, city planning, physics, mechanical engineering, and aeronautical engineering. Enabling technologies such as modeling and simulation, pattern recogni- tion, neural networks, fast Fourier transform, Wigner distribution, genetic algorithms, fuzzy set theory, and wavelet transforms are some of the recent technologies that are being applied to this problem. In this paper, we present a simulation-based methodology using neural networks to characterize ultrasonic transducers. Ó 2001 Elsevier Science Inc. All rights reserved. Keywords: Modeling and simulation; Nondestructive testing; NDT; Material testing; Transducers; ANNs 1. Introduction The issue of testing materials and systems has become important and vital in recent days due to the contemporary complex systems and structures we deal Information Sciences 137 2001) 43±51 www.elsevier.com/locate/ins * Corresponding address: 798 Howard Street, Teaneck, NJ 07666, USA. Tel./Fax: +1-201-837- 8112. E-mail addresses: [email protected], [email protected] B. Sadoun). 0020-0255/01/$ - see front matter Ó 2001 Elsevier Science Inc. All rights reserved. PII: S 0 0 2 0 - 0 2 5 5 0 1 ) 0 0 1 1 3 - X

Upload: balqies-sadoun

Post on 02-Jul-2016

212 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

�� ������� ������ � ����� � � ��������������� �� � � ����������� �����

������� ��� � �

������� �� ��������� �� ������ ������ �������� �� ���� ������ �����

��������

� ����������� ������� ����� � �������� ��� ������ �� ��� ��� �� ��� ��

�� ����� ����� ���� �� � ��� �� ����� �� ��� �������� ����� � ���� ��� �� ��� �����

��� ��� ����� � �������� ��� ������ ���� �� �� �� ������ ��� � ��� !��� �

���������� � �����" ��������� ������� �� �������� �� �� �� ����� �� ���� �� ���

������ � ��� � �� ���� � ����������� ������" ��� ��� �� ������� � ��� ������ ��

��� ����������� �������� ����� �����������# ������������ �����������# ������� ����$

������� ��� �������# ���� ��������# �������# ��������� �����������# ��� ��� �������

�����������" %������� ����� � ���� ��� �� ������ ��� ������ �# ������� ��� ���$

�� �# ����� ��� �!�# ���� & ���� ������ �# '����� ��������� �# ������� ��� �����#

�((� ��� ��� ��# ��� ������ ������ �� ��� � � � ��� ������ ����� � ���� ���� ���

����� ������� � ���� �� ���" )� ���� �����# � ������� � ������ �$����� ��� � � ��

���� ����� ��� �!� � ����������(� ����� ��� ����������" � *++, %������� �������

)��" ��� ������ ��������"

������� - ������ ��� ������ �. � ����������� �������. ���. -������� �������.

����������. ����

� ���� ������

��� ���� � ������� �������� ��� ������ ��� ��� � �� ����� ��� ����� �������� ���� �� � ��� � ���� ���� � ���/ ������ ��� �������� � ����

)�� ���� � �������� ,01 �*++,� 2034, "��������"� 5� ����5���

�6 ����� ����� �������7 189 : ��� ������# ������!# �; +1<<<# =��" ���"5&�/7 >,$*+,$901$

9,,*"

� !�� �������� ������? � ��"��# ���� �?� "� "@ ��" ��� ��"

++*+$+*445+,5A $ ��� �� �� ����� � *++, %������� ������� )��" ��� ������ ��������"

B))7 � + + * + $ + * 4 4 � + , � + + , , 0 $ C

��� � �����" ��������# �������# �������# ���������� ������� �� � $���/ ������# ���������# ������ ������# � �� �������� � ������# ����� ���������� ��� �/����� � � ���/ ������ ���� ���� � �� ������ ��� � ������������ ����� ���� ����" ��� ����� �� ���� !� � � ����������� ������� ����%�# � ����������� ������� �����# � � ����������� �������� � ���)�"��� ������� � ����� � � ��� ��D��� ��% �� �� �/������ � � �� �@��� �������� �� � �����# ���� ��� � � ����� ��� ���� �������� E,F")� �� ���� �� ����� � !� ��� �������� ��������������� � ��������

��� �� � ����� ���� ������" � � ������� ��� �� ���������� �� �� ���������� ������� �� ���� � D�� ��� ������� �� ����� ���� �����" ��� ����� �� ����� �������������� � �� � ��� ������ � ��������� � �� ��� ���������G����������������" )� �� ����� � �� � ������� ��� ����� ����� ��������� �5�������"� ������� ������D���� � ����� ������ � �/�������� ������� �� ��� �����

� ������� ���� ����# ��� &��" ," ��� ������� ��� ���� ���� � � �������������D��# ���� ������� ��� ����� � ��� �������G� �������" ��� ��� � ���������D�� ��� �� �� ����� �� � ���5����� ��� �� � ���/ �� ����������� �������� ���� ���� ��� ��� �������5����� ���� ���� ��������� ��H����� ����� �������� � ��H����� ����� � ��������" ��������� ��� �� ��������� ���������� ����� � ������# ����� ��� �!�# ������� ��� �����# ��� �((� � ��� ������ ��� �� ��� � �������� ��� ���� ���� ��� �������� ��� ������ �� ��� ����������� ��� ���� �� �!��� � ����� ������ �� �� � � ������ ������� ������� �� ���������� ���� ����" ������� ���� ���� ��� � �������� ����� ������� ��$� ����� � ����� ����� ������� � ����� �������" ����� ��� �� ����# ��(�# ��� �������� �"=����� ��� ���������� ��� ��� �� � ��� ������ � ��������� �� ��������

��� � �������� ��� ������# ��� �� ���� ��� �� ��" �� � ����� ���$������ ��# � ���� ������ � ������� ��� ����������(� ����� �� ������� ���$������" ��� ���������G� ��������������� � � ���� ��������� �� �� ������D�� ��� �� ���������� �� ��� ��� �����# )� �� � � ��������� � D�� �����$����� ���� � � � ��� ������ �����D���� ��" &����� ��# ���������� ���� ������ ���� ������� � ����! � � ��� ���� ����� ��������� �" ��� ���������� ����� ��������� ��� �� ��� � ������� ��� ������� � ��� ����������"��� �������� ������� �� ������� �� ��� ���� � � ���� ��������� �� ��� ��I� ����������(��� � ��� ����D���� � � ���������G� ��� ���� �����D��$�� ��" &����� ��# �� ����� � ���� ������� � ��� ���������� ��� � ������������������ � � ����� �������� ��� �� �������# �������# � ���# ���� ��� ���# �!���������# ���"

&��" ," ������� ������D���� � �����"

22 �" ����#� $ %���!���� �&��&�� �'� ()**�+ ,'-.�

6��� ��� 6���� E,F ������� ��H����� ������� ���� � ���� ��� ���� ��� � ��� ������� �� ������� ���� ����" ��� �� � ��� ������� ��� �� ����$� ��(�� ��� ��� ���$� ��� �������# ��� �������� � ��� �������#��� � ������� � � ��� �������# ��� ����� ���� ��� �������" )� �� �� ���������� ���� ������ �/������ � �� ��� !�� � ��� ������� ��� ����� � �� ���"&������ ��� �� �/������� ������������# � �� ������� � �� �������� �$����������� � ��� �� ��� �� ����" &����� ��# ������� �� �� ���������D���� ������������� ��� ���� � � �� ��� ������� ������� � ��������# ���� ���� ��� �� ����� �������� ��� ��������" J����� �� ��" E*F ������� � ������ ��� �! ��������� � ��� ������D���� � � ����� ��� ���������� ��� ����� ���� � � ������" ��� # K������ ��� %!�� E0F ������� �� ���������������� � � ����������(��� ����� ��� ���������� ���� ������� ��� ����� �"���� � �� ���� ����� ��� ��������� ����������(��� � ���� ������� ��� �$���� � �� ��������" ��� J$���� ��� ��� -��� �������� ��� ����� ������ �� �������� ������ ���� ��� B ������� ����� � ��� ����G 6�����D����� ��� �� ������ ������ ������ � � ���� !��� � ��������� �" : ���!����� ��" E2F ���� ���� ���� � ��� �� � ������� ��� ���� ����� ��������� � ��������� ��� � ����� ��� � ���������G� �����D���� ��" ��� ���� ��" E4F ���� ���� � ������ � � ����������(��� ����� ��� ����������" L�������� ��" E<F ��� ������� ������D���� � ������ � ������� �������� � � ���� ������� � ����" B������ ��� ����� � ��������� ��� ��� � � ��� ��������� ���������� ��������# ������� ����������(���# ������ ��� ����� �# ��� ���"� �� ����� ��������� ��� ��� J$����# ��� ��������# � ���� �����#�������� �# ��� ����� ��� E0F" ����� ������ ��� ����� � ����(��� ��$������� ��������D���� � ��� �# � ��� ������ ��������D���� � ��� �# � �� ������ ������ ��� �")� ���� �����# � ������� � ������ � ��� � � �� � ������� ����� ���

���������� ���� ����D���� ����� ��� �! ����� ��������� ���� ��� � ���� ��� �� � � ������� �������"

� ��������

)� � ������� ������D���� �5����������(��� � �����# � ���� � �/����� ���$���� ���� ����������(� ��� �����5������� ���� ����5������� � ���� � ����$��D�� �� ��� � �������� ��� ����� �� � ��� �����5�������" � ������������ ��� ��������� �������� � ����� �� �� � �� &��" *" ��� ����� � ������ � � �����5��������# ����$����� ������(��# ��������� �������# �� ���� ���! ��� �� �� � ���� ��� �� B6 � � �!����� �"� �����$�/�� ����� ��� �� ��� � � ���� � ��� ��������� ����� ����" ���

����������(��� ����5������� � ���� ��������� ��� �� ����� ��(�� ��� � ���� ����� ���� ������ ,�7 ��� �������# ��� �����# ��� ������# ������ � ��"

�" ����#� $ %���!���� �&��&�� �'� ()**�+ ,'-.� 24

���� ��� �� � ��� �� ������� ����� ���� �������D� �����������" �� ����� �� �������� ������ � � ���� ���� � ����� ���� � ������ � � ������ � ��� ������� ������� �B%�� � �������� ��� ���� ���� ��� ������� � �$����� ��" �� � ��� ����$ �����(��� ��� �������� �����# ��� ��� �� ����� ���H������ ��� � � � � ����� ����(��� �# ��� ����� �# ��� � ������ �# ���$�����(��� � �� ����# � �� �����" K�� ��������� ������ � ���� �� ������������� �����# ���� �������� �� �/����� �������� �� ������ �� � ������� ����" ���� �����D� �������������� �!�� ��� � � ����� ��� ����������� ��������� �� ��� ��������� � � ��� ���� �� ��� ������ � ��� ����������������� � ��� �� ��� ���� ����# � ����# ����� �/��� � � ������������" ��� ��������� �� ��� ��� 90 ���������� ��� � ����(�� � ��� �����E+3,F �� ���� � �!� ��� ���� � ���� ���� ������� �������� � ��� ��$�������" '� ��� J$��� �� ���� � ����� ��� ���� � �������" ������ ���� �� ���� ������ MM���$���������"GG )� E*F# � �/��������� ��� J$������� � �������� �������� ��� ����� � � ���$��������� ��� � � �� ������� J$��� �� ����� ������ ���$��������� ��������������� �� ���� � ���

����� ,

6���������(��� �������

N� � &������ ����������(��

������� ������ ������ �������

)���� B��! � ��

)������ � � ��

)���� ������

������ B��! ��������

6����� ��������

���� ����

& �� & ��� ������

����� � D���

���� D��� �� ��

&�� D��� �� ��

&��" *" � �� �! ������ � � ������� �������� � �����"

2< �" ����#� $ %���!���� �&��&�� �'� ()**�+ ,'-.�

�������� ��� ��� ������� ���������" ������ ��# J$��� �� ��� � � ���$���$������" � ����� ��(� � ,0 �� �� ��� ����� � ��� �/���������� � � � ������"���� �� ��� �� ����� � ��������� � ���� � ������� ���� ���� �������� ����������� ��������������� � ��� ���������� �� ���� ����� ��� ����� ���� � ������� � ����� � ������ ��������� ����� �� �� � ������� ����" ��� # �����������D���� � ���� � � ���� ���� � ������� �� � "����� ��� ��� �����5�������� � ����# ��I������ ����� ��������� �� ���

��� �������� � �������� �� ��" %��� ��� �! ����# ���������# ��� ������� ��# ���� ������� � � ��!���� � ������� � � ������� � ��� ����� ��� �!"�� � ��� ����������������� �����# ��� ������� �����������# � �����# ��$ � ��# �������# ���"# ��� D��� � ����� ��� �!� �������� � ������� � �������������� ����� ���� ���� ����� �� � � ��� �� ���� �� ����� �����������# �����������#���� ��� ����� ������ �������� ��� �����������# ���������� �����������# �$�������� �����������# �������# � ����� ��������# ��� ��� �����")� ����# ��� ������ ���� � ����� ��� � � �� � ����� ��� � �� ���� ������

��� � � B%" � ����� B% � ����� ��� ���� ����� �� ������ � ��� �������� � ��� �����# ��� &��" 0" ��� ��� � � B% �� ��� ������ ���� �� ����������� �������� ��� � ����� ����� � �� ���� ������ �������� ����� �" L���������!�� ����� �� ��� � � � ��@����� � ������ � �������� ��� ����� � ���B%" ��� � �� � ��������5�������� �� � ����� � � �� ��� ���# ��� &��" 2"����� ��� ���� � ��� �� ���� ��� B%� ��� ������ ������� �� ����� ��� �!��� �� �� ������ �����5����" ��� # ����� �/��� � ������� � �������� ������# ���� �������� � # ��� ��� �� ��� ������� ��� ��� ������ ������5 ��D��" &��" 4 �� � � ������� � $������� ����� � ��� ����� ��� �!" ���������� � � ������ I # ����� � �������� ��� �������� � ����� �# ����� � ��������� ���������# ���� � ��� �� �� ���� �����# ���"# ��� � �� � ��������� ������ �������� �����" ��� ��� ������ ���� �� ���� ��� �� ����� � ��� ���� ��� E1#9F7 ��� ���������# ����������# � ����� ���� ��������#��� ������ � ��� ���� /���� �5 ����(��� � � ����� �# ��� ��� ��������#��� ������ ��� ��� ��� ������� ��� ����� �# ��� �������� � ����� ��# ������ �������� ������"

&��" 0" � ������� ��� � � � ��� �"

�" ����#� $ %���!���� �&��&�� �'� ()**�+ ,'-.� 21

� ���������� �������

)� � �!# � ������� ����� ��H����� ����� ��� �! �������� � ������� � ������� �� 90 ����� ��� ����������" ��� ������D���� � ��� ����� ������ �� ���������� ����� ��� �!� �B����# ������ ����� ����� � ��� �!�O�&��# ������� �������� � ����� ��� �! �NO���# �������� ���� � ���$��(��� � �LPQ�# ���!�� ������ � ��� ��� �� �������� ����� � ��B# ���$ ���# ������ �$ �$�� ���� �:�KB� ���� � ������� �� ��������� E8F#

&��" 4" � $������� ����� � ��� ����D���� ����� ��� �!"

&��" 2" ��� �� ��� ��� � ��� ����� � � ���"

29 �" ����#� $ %���!���� �&��&�� �'� ()**�+ ,'-.�

�$ �$�� ���� ��KB��# ��� � ���� ���!�� ������ � ����� ��� �!�6B���" & � �� ��� ���� � �� � ��� ��� �� � ����� ��������# ���E1#,+F"��� ���� � ������� �� ��� ���������� ��� ������� ��� � �����. ��������

���� ��� ���� ����" )� ���� ���# ���� ��� � ����� ��� ����� ��� �!� ���� � ��� � � �������" ��� �������� ��� � ���� ��� �! ��� �� ������ �� ��$@����� ��� �������� ���� ��� ��� ���������" ��� �������� ���� �� ��������� � � ��� ��� � ���� ���� �� ��� � � ��� ��� ����� ��@������" ��� ��� ���� �� ��� ������ � � ��� ����� � ��@����� ���� �� ����� ��� ��� ������ ��@�����" '� �� ���� �������� ��� ��� � ��� ��� ��������� ����� ��� � �� ���� ���� � ���� � +"+,R# ���� �� ��� ��� � ����� ��� ���"��� ������ �� ���� ��������� ����� ��� � ����� � �� �� ����" ���

B�� ����� �� ����� ��� ���� ������D���� �" )� ���� � ��������D���� � ��� � � +"19R# ��� &��" <" ��� ��/� ���� �� O�&� ���� ���� � ��������D���� ���� � � ,R" ��� NO��# ��� LPQ# ���� � ���� ������ ��������D���� � ��� � � ,"20R ��� ,"49R# ������������" ��� ���!�� ������� � ����� ��� �!# �B#��� �� ���� � ��������D���� � ��� � � 4R ���� � :�KB# ���� �� ��� � �1"4R" ��� �������� �KB� ���� � ��������D���� � ��� � � 8"9R" ��� ���� �� ��� � �������� ����� ��� �! �������� �� ��� 6B�� ���� ���� ���������D���� � ��� � � *4"0R"

� ����������

��� ������ � ������ �� ���� B��# O�&# NO��# ��� LPQ �������� �! �������� ��� ��� ���� �������� � �� ��� ��� ��� � ����������(������ ��� ����������" ���� �� ����� � ��������D���� � ��� �� � +"19R# ,R#,"20R# ��� ,"49R# ������������" )� �� ����������� � � �� ���� ��� B���

&��" <" ������ � ������D���� � ������"

�" ����#� $ %���!���� �&��&�� �'� ()**�+ ,'-.� 28

������� �� ������� �� ���������� � � ����� ������ � ���" ��� ������������ � � B�� �� ��� � ����� � ��������� � ����� �# ���� �� ��� �� ��� � ������� ��� ��!���� � � � ������ ���� � ����� ����� ��� ����� ����� ��"B��� �� B��(�� ��� � ������� ��� �� �������� ������� ����� � ������������ � ���� �����" ��� NO�� �� � �������$��� �� ����� ��� �! ����$��� �������� ��� � � ����� �������� �# ������D���� � ��� ������" ����@ � ��������� � NO��� �� ���� ���� ��� �� ���� �H������ ��� ������ ����"���� �� �� ���� ���� � �/������� ������D���� � ������ � � ��� 90 ��H��������������� �� ��H����� ����������" NO��� ��� �� �������� �� �����������(��� � � B���" ��� �@ � ��� ���! � NO��� �� ���� ���� ���� ��� ���� ��� ���"�B# ��� ��# :�K)B# ��� �KB �������� ���� ���� ����� ������" : $

����# 6B�� �������� ��� � � ���� � ���" )� ���� � ���� ���� ��������D$���� � ��� � � *4"0R"

� �����������

� � �����# � ��������� � ������ � ��� � � �� � � ��� � ������������ ���� �� � ������D���� � ��������" �� � ���� ����# � ������� ������ � � �� � ��� � ����� ��� ����������" '� ���� �� � ���� �������� �!� ��� �� ��� �H�������� � � ��� � ��������" ��� �� ������������� ��� �!� ��� ��� B��# O�&� NO��# ��� LPQ" ��� ����� ��������������� �� 6B��" &������# � ������ ���� �� � ���� ��� ������������ �� �������� ���� ��������� ������� ��� ����� � ��������� ��� �������� ���" ���� ��� �� ����D�� ������ ��� � ������ � ������ � ��� ��������� ���� �� E0F ���� ��� ������� ��� ����� � ���������"

����������

E,F 6":" 6���# �"$:" 6����# ������ �� ������� �� ����� ��� ��% ���� ���$��������

������������ �# ��7 B� �������� � ��� )�������� ��� 6 �������� � %/��������� -��������7

�������� ��� ��������� ��# ������� ,88<# ��" 0,830*2"

E*F :" J�����# -"�" K������# �" ��� �# =����� ��� ���������� ����������(��� � �� �����

��� �!�# )�� ���� � �������� ; ���� ,+1 �,32� �,889� ,843*,4"

E0F -"�" K������# ;" %!��# �� �� ���� ����� � � ����������(��� ����� ��� ���������� ����

������� ��� ����� �# )%%% ��������� �� � )���������� � ��� -�������� 2+ �4� �,88,�

921394+"

E2F &" : ���!���# �" B����# -" ����� �# %/����� � ��� � ������� � �������� � ���������

���������� �����D���� ��# -������� %������ �� 21 �,+� �,891� ,,843,*+*"

E4F '" ��� ��# '" L� ��# L" '���� �# =����� ��� ��������� ����������(��� � � � D��� ��# ' ���

6 �������� � � ����������� ������� 0 �,894� ,8093,82,"

E<F P" L�6����# ;"O" :��# �"O" :��# B������ ��� ����� � � ����� ��� ������� � � ������� � � ���

��������# ��7 B� �������� � ���K �������� O������� ' �!�� �# ,899# ��" ,983,89"

4+ �" ����#� $ %���!���� �&��&�� �'� ()**�+ ,'-.�

E1F -"�" K������# ����D���� ����� ��� �!� � ������# ��# ��� �����������7 ���������������#

��������# ��� ��������� ��# )%%% ��������� �� � ������# -�� ��� 6���������� *9 �2�

�,889� 2983284"

E9F -"�" K������# �" ��� �# P���D���� � � � ���� ���� ���� !����� !� �������# )%%%

��������� �� � ������# -�� ��� 6����������# B��� � *1 �*� �,881� *<,3*<8"

E8F -"�" K������# �" ��� �# :�KB7 � ����� ��� �! ������� ��� ��� ��������� ��# �����

6 ����� S ��������� �� ; ���� * �*� �,882� 9838<"

E,+F ;"-" T���# )��� ���� � � ����D���� ����� ��� �!�# '���# ��" B��# -�# ,88,"

�" ����#� $ %���!���� �&��&�� �'� ()**�+ ,'-.� 4,