一种针对管座焊缝相控阵探头参数仿真优化方法技术

本发明专利技术涉及一种针对管座焊缝相控阵探头参数仿真优化方法，首先在含人工缺陷试件上，以探头频率、晶片阵元尺寸、激发阵元数量为输入因素，缺陷回波声压衰减为评价指标，建立三元二次正交回归实验表，然后在仿真平台上研究不同工艺参数下检测结果，分析不同因素二阶交互作用对缺陷回波声压衰减的影响规律，最后根据拟合模型获得最佳参数。本发明专利技术能够以较少实验次数下快速分析管座焊缝相控阵探头参数之间的影响规律且得到最优参数组合。间的影响规律且得到最优参数组合。间的影响规律且得到最优参数组合。

【技术实现步骤摘要】
一种针对管座焊缝相控阵探头参数仿真优化方法


[0001]本专利技术涉及一种针对管座焊缝相控阵探头参数仿真优化方法，属于无损检测超声领域。

技术介绍

[0002]目前承压设备管座类构件在输油管道、压力容器等重大特种设备工程结构中使用十分广泛，其对接焊缝常用超声相控阵方法进行质量检测。针对这种检测方法，国内外制订了一系列相关标准用于指导实际检测，仅对检测方法标准而言，有国际标准化组织和欧盟的EN ISO 13588
‑
2019《焊缝无损检测－超声检测－使用自动相控阵技术》，有美国材料与实验协会ASTM
‑
E2700《接触式相控阵超声检测焊缝标准方法》，有我国的《NB/T 47013.15
‑
2021承压高设备无损检测第15部分：相控阵超声检测》，《GB/T 32563
‑
2016无损检测相控阵超声检测方法》等等。这些标准针对主要工艺参数诸如探头频率、扫查方式等做出了明确的规定。
[0003]然而制作相控阵探头时，这些工艺参数如何设计才能得到最佳检测结果，是实际检测过程中非常重要的问题。因此需要一种有效、直接的实验设计方法来确定最佳工艺参数。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：提供一种有效、直接的实验设计方法来确定制作相控阵探头时所需的最优工艺参数来获得最佳检测效果。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种针对管座焊缝相控阵探头参数仿真优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]步骤一：以探头频率、晶片阵元尺寸、激发阵元数量为三个输入因素x1、x2、x3，缺陷回波声压衰减为评价指标y，设计三元二次实验表，将每个输入因素分为上水平、零水平、下水平三个水平，则有下表1：
[0007][0008][0009]表1因素水平分布
[0010]表1中，
‑
1表示下水平，0表示零水平，1表示上水平；
[0011]二次回归正交组合设计的总试验次数n为：n＝m
c
+2m+m0，其中，三水平试验是二次
回归正交试验设计中的试验点，用m
c
表示，对于三元二次回归正交组合设计，m
c
＝23＝8；星号试验次数为m
γ
，与试验因素数的个数m＝3有关，即m
γ
＝2m；零水平试验次数记为m0；
[0012]三个试验因素x1、x2、x3与试验指标y的三元二次回归方程为：
[0013][0014]二次回归方程中的二次项为其对应的编码用z
′
ji
表示，对二次项的每个编码进行中心化处，则有：
[0015][0016]式中，z
′
ji
表示中心化后的编码；
[0017]获得三元二次回归正交组合设计表如表2所示：
[0018][0019][0020]表2正交组合设计表
[0021]步骤二：在仿真平台上研究基于三元二次回归正交组合设计表获得的不同工艺参
数下检测结果，分析不同因素二阶交互作用对缺陷回波声压衰减的影响规律，得到三元二次回归方程模型，其中：三元二次回归方程模型的回归系数的计算公式如下：
[0022][0023][0024][0025][0026]式中，y
i
为基于正交组合设计表进行第i次试验的试验指标，z
ji
为正交组合设计表中z
j
列各水平的编码，(z
k
z
j
)
i
表示正交组合设计表中z
k
z
j
列的编码，基于回归系数获得三元二次回归方程模型；
[0027]步骤三：根据拟合获得的三元二次回归方程模型获得最佳参数，具体步骤如下：
[0028]最优试验方案的确定根据极值的必要条件：求出最优的试验条件
[0029]优选地，所述步骤二之后，并所述步骤三之前还包括：
[0030]对回归方程进行显著性检验，方程总平方和为
[0031][0032]其自由度为f
T
＝n
‑
1；
[0033]一次项偏回归平方和
[0034][0035]交互项偏回归平方和
[0036][0037]各种偏回归平方和的自由度都为1；
[0038]一次项、二次项、交互项偏回归平方和的总和就是回归平方和
[0039][0040]则回归平方和的自由度是各回归平方和的自由度之和
[0041]f
R
＝∑f
一次项
+∑f
交互项
+∑f
二次项
[0042]则残差平方和为
[0043][0044]其自由度为
[0045]f
e
＝f
T
‑
f
R
[0046]回归系数的检验
[0047][0048][0049][0050]式中，F
j
表示一次项回归系数检验值、F
kj
表示交互项回归系数检验值、F
jj
表示二次项回归系数检验值。
[0051]本专利技术的主旨在于通过以探头频率、晶片阵元尺寸、激发阵元数量为输入因素，缺陷回波声压衰减为评价指标，建立三元二次正交回归实验表，然后在仿真平台上研究不同工艺参数下检测结果，根据模型得到最佳制作相控阵探头频率、晶片阵元尺寸、激发阵元数量值。相对于现有技术方案，本专利技术的有益效果在于：
[0052]1)在针对管座焊缝相控阵探头仿真的基础上，提出了以探头频率、晶片阵元尺寸、激发阵元数量为输入因素，缺陷回波声压衰减为评价指标，通过科学的设计三元二次回归正交实验表，获取想要的实验参数。
[0053]2)从建模方面来看，以较少实验次数，较为全面地考虑了实际相控阵探头建模和仿真需求，减少人力物力，增强了实用性。
附图说明
[0054]图1是本专利技术实施过程的流程图；
[0055]图2是本专利技术设计实验分布图；
[0056]图3是本专利技术三元二次方程模型示例图。
具体实施方式
[0057]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0058]相控阵探头作为相控阵检测技术不可或缺的一部分，是发射和接收超声信号的前端。为了达到检测精度，探头的制作非常关键，考虑探头工艺参数及水平的个数较多，需要做的试验次数会更多。本专利技术提供的一种针对管座焊缝相控阵探头参数仿真优化方法以探
头频率、晶片阵元尺寸、激发阵元数量为输入因素，缺陷回波声压衰减为评价指标，建立三元二次正交回归实验表，减少试验次数(只进行部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对管座焊缝相控阵探头参数仿真优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：以探头频率、晶片阵元尺寸、激发阵元数量为三个输入因素x1、x2、x3，缺陷回波声压衰减为评价指标y，设计三元二次实验表，将每个输入因素分为上水平、零水平、下水平三个水平，则有下表1：表1因素水平分布表1中，
‑
1表示下水平，0表示零水平，1表示上水平；二次回归正交组合设计的总试验次数n为：n＝m
c
+2m+m0，其中，三水平试验是二次回归正交试验设计中的试验点，用m
c
表示，对于三元二次回归正交组合设计，m
c
＝23＝8；星号试验次数为m
γ
，与试验因素数的个数m＝3有关，即m
γ
＝2m；零水平试验次数记为m0；三个试验因素x1、x2、x3与试验指标y的三元二次回归方程为：二次回归方程中的二次项为其对应的编码用z
′
ji
表示，对二次项的每个编码进行中心化处，则有：式中，z
′
ji
表示中心化后的编码；获得三元二次回归正交组合设计表如表2所示：
表2正交组合设计表步骤二：在仿真平台上研究基于三元二次回归正交组合设计表获得的不同工艺参数下检测结果，分析不同因素二阶交互作用对缺陷回波声压衰减的影响规律，得到三元二次回归方程模型，其中：三元二次回归方程模型的回归系数的计算公式如下：归方程模型，其中：三元二次回归方程模型的回归系数的计算公式如下：归方程模型，其中：三元二次回归方程模型的回归系数的计算公式如下：归方程模型，其中：三元二次回归方程模型的回归系数的计算公式如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乐，
申请(专利权)人：上海市特种设备监督检验技术研究院，
类型：发明
国别省市：