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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34344
Registro completo de metadados
Campo DC | Valor | Idioma |
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dc.creator | Gutierrez, Felipe Derewlany | - |
dc.date.accessioned | 2024-08-06T18:44:04Z | - |
dc.date.available | 2024-08-06T18:44:04Z | - |
dc.date.issued | 2024-05-28 | - |
dc.identifier.citation | GUTIERREZ, Felipe Derewlany. Simulação de ultrassom aplicada a ensaios não-destrutivos. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34344 | - |
dc.description.abstract | One of the main non-destructive testing (NDT) techniques is ultrasound inspection and imaging, widely used in the oil and gas industry to verify the integrity of subsea equipment, parts, and welds. Inner surface imaging, a primary application, enables the evaluation of metallic structures and pipes. Although seemingly unrelated, seismic imaging shares the same foundation as ultrasound imaging: the propagation of mechanical waves. In seismic imaging, Full Waveform Inversion (FWI) reconstructs images of seabed layers through an iterative method that compares acquired signals with simulated signals. This method updates the simulation’s propagation medium until the differences between simulated and acquired signals meet stopping criteria, resulting in a model characterizing the studied region’s composition. FWI has the potential to produce more detailed images than classical Delay-and-Sum (DAS) methods by considering the physics of wave propagation. However, for FWI to be practical in NDT, fast and accurate wave propagation simulations are essential, as they constitute the most computationally demanding part of the regression. This dissertation examines graphics processing units (GPUs) for acoustic wave simulation with absorbing boundary conditions (ABCs) to prevent artificial reflections at domain borders in simulators for FWI. The theory of acoustic waves, Perfectly Matched Layers (PML), Convolutional PML (CPML) ABCs, and the finite difference method for solving the wave equation are studied. Implementation strategies and testing methodologies are detailed, with comparisons between simulations and analytical solutions, both formulations of the acoustic wave equation, and the speed-up achieved by GPU implementations. Additionally, the reflection absorption by PML and CPML for the same setup and the domain reduction achieved by using ABCs are compared. The results show a mean squared error (MSE) residue between simulations and the analytical solution in the range of 10−4 to 10−3, faster simulations with GPU PML achieving a 70.24x speed-up, and GPU CPML achieving a 77.77x speed-up, FWI regression in 1600 seconds, reflection absorption of PML at 99.80% and CPML at 99.92%, and a domain size reduction of 45.13%. Finally, the simulations are compared to real ultrasound acquisitions, and the challenges and future directions of NDT ultrasound simulation for FWI are discussed. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Agência Nacional do Petróleo (ANP) | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Petróleo Brasileiro (Petrobrás) | pt_BR |
dc.language | eng | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná | pt_BR |
dc.rights | openAccess | pt_BR |
dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | pt_BR |
dc.subject | Ultrassom - Métodos de simulação | pt_BR |
dc.subject | Testes não-destrutivos | pt_BR |
dc.subject | Unidade de Procesamento Gráfico | pt_BR |
dc.subject | Engenharia acústica | pt_BR |
dc.subject | Simulação (Computadores) | pt_BR |
dc.subject | Ultrasonics - Simulation methods | pt_BR |
dc.subject | Non-destructive testing | pt_BR |
dc.subject | Graphics processing units | pt_BR |
dc.subject | Acoustical engineering | pt_BR |
dc.subject | Computer simulation | pt_BR |
dc.title | Simulação de ultrassom aplicada a ensaios não-destrutivos | pt_BR |
dc.title.alternative | Ultrasound simulation in non-destructive testing | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
dc.description.resumo | Uma das principais técnicas de ensaios não-destrutivos (END) é a inspeção e imageamento por ultrassom (US). O US é amplamente utilizado na indústria de óleo e gás para verificar a integridade de equipamentos submarinos, peças e soldas. A reconstrução de imagens de estruturas e tubulações metálicas é uma aplicação chave. Embora aparentemente não relacionados, o imageamento por ultrassom e o imageamento sísmico compartilham a mesma base na propagação de ondas mecânicas. Na sísmica, o Full Waveform Inversion (FWI) é um método iterativo que compara sinais adquiridos com simulados, atualizando o meio de propagação até que as diferenças atinjam um critério de parada. O FWI pode produzir imagens mais detalhadas que os métodos clássicos de Delay-and-Sum (DAS) ao considerar a física da propagação de ondas. No entanto, para aplicar o FWI em END, são necessárias simulações rápidas e precisas, pois são a parte mais computacionalmente exigente da regressão. Esta dissertação estuda a simulação de ondas acústicas em unidades de processamento gráfico (GPUs) com condições de fronteira absorventes (ABCs) para evitar reflexões artificiais nas bordas do domínio. Foram estudadas as teorias da onda acústica, das ABCs Perfectly Matched Layers (PML) e Convolutional PML (CPML), e o método das diferenças finitas para resolver a equação da onda. As estratégias de implementação e metodologias de teste são detalhadas, com comparações entre simulações e a solução analítica, ambas as formulações da equação da onda acústica e o speed-up obtido pelas implementações em GPU. Além disso, a absorção de reflexão pela PML e pela CPML para a mesma configuração são comparadas e a redução do domínio obtida pela utilização de ABCs é demonstrada. Os resultados mostram um resíduo de erro quadrático médio (MSE) entre as simulações e a solução analítica no intervalo de 10−4 a 10−3, simulações mais rápidas com a GPU PML alcançando um speed-up de 70,24x e a GPU CPML alcançando um speed-up de 77,77x, uma regressão FWI em 1600 segundos, absorção de reflexão da PML em 99,80% e da CPML em 99,92% e uma redução do tamanho do domínio de 45,13%. Por fim, as simulações são comparadas com aquisições reais de ultrassom e são discutidos os desafios e as direções futuras da simulação de ultrassom NDT para FWI. | pt_BR |
dc.degree.local | Curitiba | pt_BR |
dc.publisher.local | Curitiba | pt_BR |
dc.creator.ID | https://orcid.org/0000-0002-7677-2360 | pt_BR |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/7792370505437636 | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Pipa, Daniel Rodrigues | - |
dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000-0002-9398-332X | pt_BR |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5604517186200940 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Passarin, Thiago Alberto Rigo | - |
dc.contributor.advisor-co1ID | https://orcid.org/0000-0003-1001-5911 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1366903848418887 | pt_BR |
dc.contributor.referee1 | Pipa, Daniel Rodrigues | - |
dc.contributor.referee1ID | https://orcid.org/0000-0002-9398-332X | pt_BR |
dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5604517186200940 | pt_BR |
dc.contributor.referee2 | Jahnert, Frederico Alves | - |
dc.contributor.referee2ID | https://orcid.org/0000-0002-1265-6256 | pt_BR |
dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/1572565832845346 | pt_BR |
dc.contributor.referee3 | Guarneri, Giovanni Alfredo | - |
dc.contributor.referee3ID | https://orcid.org/0000-0003-2269-2522 | pt_BR |
dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/7436484622054922 | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial | pt_BR |
dc.publisher.initials | UTFPR | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAIS | pt_BR |
dc.subject.capes | Engenharia Elétrica | pt_BR |
Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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