Ultraljudtomografi av jordkropp -Invertering av två signaler

Abstract (Swedish)

Syftet med detta examensarbete är att vidareutveckla en analysmodell inom deformationslokalisering för att få en bredare kunskap om det mekaniska beteendet hos ett geomaterial. Undersökning av lokala egenskaper hos ett jordprov kräver en fullfältsmätnin-gsteknik som i detta arbete är ultraljudstomografi.

Anvädning av ultraljudtomografi inom ramarna av geomekanik har med tiden påvisat goda resultat när det kommer till analys av inre skador. Vetskap om materialets elastiska egenskaper och densitet medför att man med ultraljudtomografi kan få ut hastighet.



År 2013 använde en grupp forskare sig av tekniken för att studera ett jordprov som utsattes för ett triaxialförsök. Syftet med testerna var att studera hur materialegenskaperna förändras vid uppkomst av inre defekter. Provet var utrustad med två arrayer som var placerade mot varandra. Arryerna bestod av 64 piezoelektriska sensorer vardera, vilka fungerade som källor respektive mottagare. Två skåror skurdes bort från provet för att tvinga fram ett deformationsband i mitten av provet . Rådatan som erhålldes bestod av signaler som analyserades för att kunna erhålla ankomsttider.
Forskarna skapade ett MATLAB program, vars funktion är att skapa hastighetskartor och stråltäthetskartor. En indikation på en inre skada är när hastighetskartan visar en avvikande hastighet som är lägre jämfört med en yta som är fri från skador. Färdbanorna som togs fram från inverteringen kunde antingen vara raka, kubiska eller ekonala. När gruppen hade fått fram alla signaler för alla par, kunde de konstatera att det finns fler än en signal för flertal par. Med hjälp av DBF tekniken kunde signalerna separeras genom att identifiera vinklarna för ingång respektive avgång.

Studien innefattar att ta fram ny kunskap som kan fås att inkludera ytterligare en kubisk signal för paren som har fler än en signal. Vilket görs genom att jämföra resultatet för en kubisk signal med resultatet för två kubiska signaler. En litteraturstudie genomförs i syfte att öka kunskapen inom området, samt för att föra en bättre analys på resultaten. Modifering av befintling MATLAB-kod har gjorts i syfte att lagra information för ytterligare en signal, samt för att tala om för programmet att invertera två signaler istället för en.

Analys av studiens resultat visar att implementering av två signaler per par medför en bredare kunskap om lokalisering av inre defekter hos ett deformerat prov. Av att studera två olika stråltäthetskartor som motsvarar en signal respektive två signaler, går det att se att i stråltäthetskartan som motsvarar två signaler blir tydligare. Från de modellbaserade tomografierna går det att se att den första signalen tenderar till att undvika de skadade ytorna, vilket tydliggörs av att de skadade ytorna är av lägre hastighet. Däremot påvisar den modelbaserade tomografin som motsvarar två signaler att den andra signalen tenderar till att åka igenom en skadad yta, eftersom att mer information om skadan erhålldes. Från den modelbaserade tomografin går det att se att skjuvbandet är tydligare med två signaler i jämförelse med en signal per par.

Hädanefter är två signaler det alternativ att föredra när det kommer till att studera inre skador inom ramarna av geomekanik.

Popular Abstract (Swedish)

Naturfenomen kan ge upphov till skador i form av deformationer i geomaterials inre struktur, som exempelvis jord eller berg. Storleken på skador varierar från mindre sprickor till mer omfattande skador som kan vara fatala för oss människor, som exempelvis slukhål. Det har visat sig från studier inom experimentell geomekanik att deformationslokalisering förekommer mer som regel än som undantag. Ultraljudtomografi är en teknik som kan tillämpas inom experimentell geomekanik, med syfte att få en bredare kunskap om skadelokalisering på en mindre skala. I detta arbete har tekniken vidareutvecklats.

Ultraljudtomografi är en teknik som går ut på att studera ultraljudsvågor. En egenskap som påverkar vågornas hastighet är materialets styvhet. Förändring i styvhet hos ett material resulterar i att hastigheten på ultraljudsvågorna varierar, där en minskning i styvhet är ett tecken på att det finns en skada. Det vill säga vid reducering i hastighet på ultraljudsvågorna är ett kännetecken för skada. En bild om hastighetsfält på ett stenprov fås av att analysera flera vågor, vilket görs med hjälp av två arrays som består av flera källor respektive mottagare. Varje källa skickar iväg en våg som därefter registreras hos samtliga mottagare. Tack vare tekniken double beamforming går det att separera signalerna och få fram vinklarna för ingång respektive avgång för alla par. Från tidigare studier har det visat sig att det finns fler än en signal för flertal par.

Med hjälp av ultraljudtomografi går det att uppskatta beteendet på stenprovets styvhet efter ett triaxialförsök. Tekniken som användes i studien var double beamforming som tillämpades vid uppsättning av modell. Tekniken medförde i att det gick separera signaler från varandra med hjälp av information om vinklarna för avgång respektive ingång. Med information om vinklarna på signalerna för ingång respektive avgång gick det även att spåra signalernas färdbanor. Slutligen kunde restid för alla par inverteras för att få fram en hastighetskarta.

• author: Flores Huayllani, Gabriel
• supervisor: Erika Tudisco
• organization: Geotechnical Engineering; Department of Construction Sciences
• alternative title: Ultrasonic tomography of soil body -Inverting two signals
• course: VGTM01 20231
• year: 2023
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• publication/series: TVGT-5000
• report number: TVGT-5074
• ISSN: 0349-4977
• language: Swedish
• id: 9113775
• alternative location: https://www.geoteknik.lth.se/fileadmin/geoteknik/publications/tvgt5000/web_tvgt_5074.pdf
• date added to LUP: 2023-05-03 12:08:08
• date last changed: 2023-06-30 15:20:46