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研究生： 江俊松
CHIANG, CHUN-SUNG
論文名稱： 圓管壓力容器之非破壞性檢測
NONDESTRUCTIVE INVESTIGATION OF CYLINDRICAL PRESSURE VESSELS
指導教授： 王偉中
Dr. WANG, WEI-CHUNG
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年： 2002
畢業學年度： 90
語文別： 中文
論文頁數： 88
中文關鍵詞： 非破壞性檢測 、圓管壓力容器 、電子剪切光斑干涉術 、影像轉換 、快速傅利葉轉換
外文關鍵詞： NONDESTRUCTIVE INVESTIGATION, CYLINDRICAL PRESSURE VESSELS, ES, TRANSFORMATION OF IMAGE, FFT
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    • 非破壞性檢測已經廣泛的使用工業界中，不論在產品的製造、使用、保養與維修等等過程都有用到。而所謂的非破壞性檢測便是利用物理原理或是機械、電子的方法與技術，在不破壞產品構件材料的情況下，檢測出材料是否有缺陷或是探測材料物理或是機械性質的檢測技術，其最重要的目的之一在於檢測出材料中是否有缺陷，並藉此判斷此缺陷是否構成安全上的考量。
    壓力容器不管是大是小或是圓形或是球形，大多是以焊接的方式製造而成。而壓力容器破壞的因素有很多，從破裂力學的角度來看，破壞與結構件所受之外力、材料本身的物理性質、結構件本身是否有瑕疵、裂縫之大小與數目等都有極大的關係。

    本文利用具備全域性、非接觸性、可遙測與非破壞性優點的電子剪切光斑干涉術（Electronic Shearography, ES）的光學方法於圓形壓力容器做非破壞性的檢測。此種方法可以量測到物體的位移梯度，進而可以求得應變之分佈情形，而得知缺陷的所在。

    目錄 一、簡介 1 二、文獻回顧 4 三、實驗原理 6 3.1平面外電子剪切光斑干涉術 6 四、實驗方法 13 4.1 電子剪切光斑干涉術之實驗裝置 13 4.2模擬分析軟體 14 4.2.1有限元素法ANSYS套裝軟體 14 4.2.2套裝軟體 MATLAB 14 4.2.3套裝軟體WINSURF 14 4.3實驗試片 15 4.3.1 矩形壓力容器 15 4.3.2 單層圓管壓力容器 15 4.3.3雙層圓管壓力容器 15 4.3.4 圓錐型反射鏡 16 五、實驗程序 17 5.1 電子剪切光斑實驗 17 5.2 ANSYS軟體模擬程序 18 5.3 影像處理 19 六、結果與討論 2 6.1 剪切條紋與缺陷的關係 20 6.1.1電子剪切光斑干涉術用於非破壞性檢測 20 6.1.2 缺陷的特性與檢測 20 6.2 實驗結果分析 21 6.2.1 矩形壓力容器 21 6.2.2 單層圓管壓力容器 22 6.2.3 雙層圓管壓力容器 23 6.3 有限元素ANSYSY模型分析 24 6.3.1矩形壓力容器 24 6.3.2單層圓管壓力容器 25 6.3.3雙層圓管壓力容器 26 6.4 影像分析 26 6.4.1 去除影像的雜訊 26 6.4.2 影像的轉換 27 6.4.3 剪切量的估算 29 6.5 定量分析 30 6.5.1 由板殼理論與MATLAB推估缺陷深度 30 6.5.2 將ANSYS模型用WINSURF倒畫 32 七、結論 35 八、未來展望 37 九、參考文獻 38 十、附錄A、影像轉換的方法 84 圖目錄 圖1.1雙層油管之照片 42 圖3.1麥克遜干涉儀剪切示意圖[33] 43 圖4.1電子剪切光斑干涉術光學裝置示意圖[33] 43 圖4.2矩形壓力容器照片 44 圖4.3含缺陷矩形壓力容器之尺寸 44 圖 4.4 單層圓管壓力容器照片 45 圖 4.5 含缺陷之單層圓管壓力容器之尺寸 45 圖4.6單層圓管壓力容器之半圓柱形缺陷 46 圖 4.7 雙層圓管壓力容器照片 46 圖4.8雙層圓管壓力容器之尺寸 47 圖4.9 圓錐反射鏡照片 47 圖4.10 圓錐反射鏡之尺寸 48 圖5.1 矩形壓力容器之架設 48 圖5.2 單層圓管壓力容器之架設 49 圖5.3 雙層壓力容器剪切實驗光路圖 49 圖5.4 雙層圓管壓力容器之架設 50 圖6.1 矩形壓力容器不含缺陷之剪切光斑條紋影像 50 圖6.2含正方形缺陷之矩形壓力容器在不同壓力下剪切條紋的 變化….. 51 (a) 在10KPa時之剪切條紋 (b) 在30KPa時之剪切條紋 (c) 在50KPa時之剪切條紋 (d) 在0.1MPa時之剪切條紋 (e) 在0.2MPa時之剪切條紋 (f) 在0.3MPa時之剪切條紋 (g) 在0.4MPa時之剪切條紋 (h) 在0.5MPa時之剪切條紋 (i) 在0.6MPa時之剪切條紋 (j) 在0.7MPa時之剪切條紋 (k) 缺陷面積大小示意圖 圖6.3 含圓形缺陷的矩形壓力容器於不同壓力下剪切條紋的變化 53 (a) 在50KPa時之剪切條紋 (b) 在0.1MPa時之剪切條紋 (c) 在0.2MPa時之剪切條紋 (d) 在0.4MPa時之剪切條紋 (e) 在0.5MPa時之剪切條紋 (f) 在0.7MPa時之剪切條紋 圖6.4 於單層圓管壓力容器中邊長15mm深2mm之半圓柱形缺陷 剪切條紋影像 54 圖6.5於單層圓管壓力容器中邊長10mm深2.5mm之半圓柱形缺 陷剪切條紋影像 54 圖6.6 雙層圓管壓力容器內管之中心O 54 圖6.7 無防振動裝置之雙層圓管壓力容器的剪切影像 55 圖6.8在圓錐反射鏡上加裝防振動設備之ES實驗架設 55 圖6.9 含缺陷之雙層圓管壓力容器之剪切條紋影像 55 圖6.10 含圓形缺陷矩形壓力容器之ANSYS模型 56 (a) ANSYS模型 (b) 矩形壓力容器中之圓形缺陷(直徑20mm，深度4mm)位置示意圖 (c) 不含缺陷之面外位移圖 (d) 含圓形缺陷之面外位移圖 (e) 含圓形缺陷之應變圖 (f) 不含缺陷之應變圖 (g) 含圓形缺陷之應力圖 (h) 不含缺陷之應力圖 圖6.11 含正方形缺陷之矩形壓力容器ANSYS模型 60 (a) ANSYS模型 (b) 矩形壓力容器中之正方形缺陷(邊長20mm，深4mm)位置示意圖 (c) 不含缺陷之面外位移圖 (d) 含缺陷之面外位移圖 (e) 含缺陷之應變圖 (f) 不含缺陷之應變圖 (g) 含缺陷之應力圖 (h) 不含缺陷之應力圖 圖6.12 含半圓柱形缺陷單層圓管壓力容器之ANSYS模型 64 (a) ANSYS模型 (b) 單層圓管壓力容器中之半圓柱形缺陷(邊長10mm，深2.5mm)位置示意圖 (c) 含缺陷之面外位移圖 (d) 不含缺陷之面外位移圖 (e) 含缺陷之應變圖 (f) 不含缺陷之應變圖 (g) 含缺陷之應力圖 (h) 不含缺陷之應力圖 (i) 單層圓管壓力容器中之半圓柱形缺陷(邊長5mm，深2mm)位置示意圖 (j) 含半圓柱形缺陷缺陷(邊長5mm，深2mm)之面外位移圖 (k) 含半圓柱形缺陷(邊長5mm，深2mm)之應變圖 (l) 含半圓柱形缺陷(邊長5mm，深2mm)之應力圖 圖6.13 含半圓柱形缺陷雙層圓管壓力容器之ANSYS模型 68 (a) ANSYS模型 (b) 雙層圓管壓力容器中之半圓柱形缺陷(邊長10mm，深度2mm)位置示意圖 (c) 含缺陷之面外位移圖 (d) 含缺陷之應變圖 (e) 內層圓管之半圓柱形缺陷(邊長10mm，深度2mm)位置示意圖 (f) 含缺陷之面外位移圖 (g) 不含缺陷之面外位移圖 (h) 含缺陷之應變圖 (i) 不含缺陷之應變圖 (j) 含缺陷之應力圖 (k) 不含缺陷之應力圖 圖6.14 FFT用於實驗影像之雜訊去除 74 (a) 含缺陷之單層圓管壓力容器實驗影像 (b) 用FFT轉換圖(a)影像於頻率域之影像 (c) 用FFT轉換LPBF遮罩於頻率域之影像 (d) 將(b)與(c)相乘再轉回空間域之影像 (e) 將(d)平滑化後影像 圖6.15 極座標影像 75 圖6.16 轉換為直角座標影像 75 圖6.17 參考圖形I 75 圖6.18 參考影像II 75 圖6.19 將參考圖形置於雙層圓管內 76 圖6.20 置於圓管內之圖形I 76 圖6.21 置於圓管內之影像II 76 圖6.22 將圖6.20做直座標轉換後之影像 76 圖6.23 將圖6.21做直座標轉換後之影像 77 圖6.24 濾除雜訊後之雙層圓管壓力容器實驗影像 77 圖6.25 將圖6.24做直座標轉換後之影像 77 圖6.26 將圖6.16做影像復原 78 圖6.27 將圖6.22做影像復原 78 圖6.28 將圖6.23做影像復原 79 圖6.29 將圖6.25做影像復原 79 圖6.30 剪切量之估算 79 (a) 估算剪切量之參考影像I (b) 擷取圖(a)中矩形虛線之影像 (c) 將圖(b)之影像二值化 (d) 估算剪切量之參考影像II (e) 將圖(d)中的影像細線化 圖 6.31 WINSURF 倒畫剪切條紋級次圖 82 圖6.32 位移梯度立體圖 82 圖 6.33 位移立體圖 83 圖 6.34 實驗影像與倒畫影像比較 83

    [1] “ANSYS”, Revision 5.6, Swanson Analysis Systems, Inc., Houston, PA, U.S.A., R5.6.
    [2] “MATLAB”, Version 5.3, The MathWorks, Inc., Natick, Mass., U.S.A., R11.
    [3] “WINSURF”, Version 5.01, Surface Mapping System, Golden Software, Inc., Golden, Colorado, U.S.A., R2.
    [4] N. Butters and J. A. Leendertz, " Holographic and Video Techniques Applied to Engineering Measurement", Journal of Transactions of the Institute of Measurement and Control, Vol. 4, pp. 349-354, 1971.
    [5] Y. Y. Hung and C. Y. Liang, "Image-Shearing Camera for Direct Measurement of Surface Strains", Applied Optics, Vol. 18, No. 7, pp. 1046-1051, 1979.
    [6] Y. Y. Hung and R. M. Grant, "Shearography: A New Optical Method for Nondestructive Evaluation of Tires", Optics and Lasers in Engineering, Vol. 54, pp. 1042-1050, 1981.
    [7] Y. Y. Hung, "Shearography: A New Optical Method for Strain Measurement and Nondestructive Testing", Optical Engineering, Vol. 21, No. 3, pp. 391-395, 1982
    [8] R. E. Haskell and Y. Y. Hung, "Interferometric Deformation Analysis System", Patent No. 4620225, Date of Patent, Oct. 28, 1986.
    [9] B. Xu and X. Wu, "Fringe Formation in Speckle Shearing Interferometry", SPIE Vol. 1554A, Proceedings of 2nd International Conference on Photomechanics and Speckle Metrology, San Diego, U.S.A., pp. 789-799, 1991.
    [10] Y. Qin, J. Wang and X. Ji, "A Study of Electronic Shearing Speckle Technique", SPIE Vol. 1554A, Proceeding of 2nd International Conference on Photomechanics and Speckle Metrology, San Diego, U.S.A., pp. 739-746, 1991.
    [11] C. J. Tay, F. S. Chau, H. M. Shang, V. P. W. Shim and S. L. Toh, "The Measurement of Slope Using Shearography", Optics and Lasers in Engineering, Vol. 14, pp. 13-24, 1991.
    [12] C. J. Tay, H. M. Shang, A. N. Poo and M. Luo, "Measurement of Surface Coordinates and Slopes by Shearography", Optics & Laser Technology, Vol. 24, No. 4, pp. 209-213, 1992.
    [13] S. L. Toh, H. M. Shang, F. S. Chau and C. J. Tay, "Flaw Detection in Composites Using Time-Average Shearography", Optics & Laser Technology, Vol. 23, No. 1, pp. 25-30, 1991.
    [14] J. L. Doyle , G.R. Wood and P. D. Bondurant , “Using Laser-based Profilometry to Locate and Measure Corrosion Fatigue Cracking in Boiler Tubes”, Materials Evaluation, Vol. 51, pp. 556-560, 1993
    [15] Y. Y. Hung, S. Tang and J. D. Hovanesian, "Real-Time Shearography for Measuring Time-dependent Displacement Derivatives", Experimental Mechanics, Vol. 34, pp. 89-92, 1994.
    [16] J. Grazgoridis, D. Findeis and D. R. Schneider , “The Impact of Optical NDE Methods in Vessel Fracture Protection”, International Journal of Pressure Vesssels and Pipings , Vol. 61, pp. 457-469, 1995.
    [17] C. W. Sim, F. S. Chau and S. L. Toh, "Vibration Analysis and Non-Destructive Testing with Real-Time Shearography", Optics & Laser Technology, Vol. 27, No. 1, pp. 45-49, 1995.
    [18] C. W. Sim, F. S. Chau and S. L. Toh, "Determination of Fringe Order by Phase Shifting in Real-Time Shearography", Journal of Modern Optics, Vol. 42, No. 2, pp. 271-277, 1995.
    [19] W. Steinchen, L. X. Yang, M. Schuth, G. Kupfer, “Application of Shearography to Quality Assurance “, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 52, pp. 141-150,1995.
    [20] Y. Y. Hung, "Shearography for Non-destructive Evaluation of Composite Structures", Optics and Lasers in Engineering, Vol. 24, pp. 161-182, 1996.
    [21] Y. Y. Hung, R. E. Rowlands and I. M. Daniel, "Speckle Shearing Interferometric Technique: A Full-Field Strain Gauge", Applied Optics, Vol. 14, No. 3, pp. 403-413, 1996.
    [22] Y. Y. Hung, J. Q. Wang and J. D. Hovanesian, "Technique for Compensating Excessive Rigid Body Motion in Nondestructive Testing of Large Structures Using Shearography", Optics and Lasers in Engineering, Vol. 26, pp. 249-258, 1997
    [23] Y. Y. Hung, “Digital Shearography versus TV-holography for Non-destructive Evalution”, Optics and Lasers in Engineering, Vol. 26, pp. 421-436, 1997.
    [24] J. L. Chen, Y. W. Qin, H. W. Ji and X. H. Ji, “Novel Quantitative Non-destructive Testing Method for Composite Structures”, Optics and Lasers in Engineering”, Vol. 30, pp. 299-304, 1998.
    [25] R. A. J. Soden , R. J. Dewhurst ,”An Integrated Liquid Crystal Phase Modulator for Speckle Shearing Interferometry”, Optics and Lasers in Engineering,Vol. 31, pp. 123-134, 1999.
    [26] R. S. Sirohi, C. J. Tay and H. M. Shang, W. P. Boo, “Nondestructive Assessment of Thinning of Plates Using Digital Shearography”, Optical Engineering, Vol. 38, pp. 1582-1585, 1999.
    [27] Y. Y. Hung, W. D. Luo, L. Lin and H. M. Shang, “Evaluating the Soundness of Bonding Using Shearography”, Composite Structures, Vol. 50, pp. 353-356, 2000.
    [28] Y. Y. Hung, “Application of Digital Shearography for Testing of Composite Structures”, Composites, Part B, Vol. 30, pp. 765-773, 1999.
    [29] Y. L. Lo, P. H. Sung, H. J. Wang and L. W. Chen, ”Pressure Vessel Wall Thinning Detection Using Multiple Pairs of Fiber Bragg for Unbalanced Strain Measurements”, Journal of Nondestructive Evaluation, Vol. 19, No. 3, pp. 105-113, 2000.
    [30] S. L. Toh and F. S. Chau, “ Characterisation of Internal Flaws in Pipes Using Phase Shifting DSSI ”, Processdings of SEM Annual Conference and Exposition on Experimental and Appliced Mechanics, pp.48-51, Orlando, Florida, U.S.A, June 5-8, 2000.
    [31] M. Sesselmann and A. A. Goncalves Jr., “A Robust ESPI System for Measurement of Radial Displacements in Hollow Cylindrical Workpieces”, Processdings of SEM Annual Conference and Exposition on Experimental and Appliced Mechanics, pp.203-206, Portland, Oregon, U.S.A, June 4-6, 2001.
    [32] 林淑瑜, "含圓孔複合材料平板振動之實驗研究",國立清華大學動力機械工程研究所碩士論文, 1995.
    [33] 鄭錡彪, "印刷電路板振動之電子剪切光斑干涉術探討",國立清華大學動力機械工程研究所碩士論文, 1997.
    [34] “Digital Image Processing”, Gonzalez, R. C. and Wood, R. E., Addison-Wesley, 1992.
    [35] “Stresses in Plates and Shells”, Ugural, A. C. 2nd Edition, New York, 1981.

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