Nowatorskie podejście do identyfikacji kształtu przeszkody w problemie rozpraszania fal akustycznych
Zespół naukowców z Centrum Badawczo-Rozwojowego Netrix S.A., Akademii WSEI w Lublinie oraz Politechniki Lubelskiej zaprezentował przełomowe rozwiązanie w zakresie odwrotnych problemów rozpraszania fal akustycznych. W opublikowanej pracy pt. „Identification of an Arbitrary Shape Obstacle of Scattering Problem Using Near Field Data”, badacze przedstawili nową metodę rekonstrukcji kształtu przeszkód akustycznych, opartą na analizie danych z pola bliskiego oraz wykorzystującą metodę elementów brzegowych (BEM).
Opracowana koncepcja koncentruje się na zagadnieniu odwrotnym, czyli odtwarzaniu geometrii obiektów na podstawie danych pomiarowych rejestrowanych w otoczeniu przeszkody. Kluczowym elementem metody jest zastosowanie metody elementów brzegowych, co pozwala na precyzyjne modelowanie procesu rozpraszania fal akustycznych bez konieczności dyskretyzacji całej objętości analizowanego obszaru. To podejście znacząco zmniejsza złożoność obliczeniową, umożliwiając jednocześnie wysoką dokładność odwzorowania.
Dodatkowo, dzięki odpowiedniej parametryzacji kształtu przeszkody, badacze zredukowali liczbę zmiennych optymalizacyjnych, co otwiera drogę do skutecznej rekonstrukcji nawet skomplikowanych form geometrycznych, takich jak faliste powierzchnie cylindryczne. Przeanalizowano także wpływ różnych parametrów – liczby czujników, poziomu szumu pomiarowego oraz odległości pomiarowej – na jakość odtworzenia kształtu. Wyniki pokazały, że już przy zastosowaniu jedynie 8 czujników możliwe jest uzyskanie zadowalających rezultatów, nawet w warunkach wysokiego poziomu zakłóceń, sięgającego 20%. Szczególnie istotne było potwierdzenie, że najlepsze wyniki osiągane są przy danych z pola bliskiego, co wskazuje na praktyczną użyteczność tej metody w realnych warunkach inżynierskich.
Zaprezentowana metoda cechuje się wysoką odpornością na zakłócenia i jest efektywna obliczeniowo dzięki zastosowaniu minimalizacji funkcji celu oraz nieliniowych ograniczeń. Otwiera to nowe możliwości zastosowań w obszarach wymagających precyzyjnej analizy propagacji fal akustycznych. Szczególne znaczenie ma to w kontekście nieniszczących badań materiałowych, obrazowania medycznego z wykorzystaniem ultradźwięków oraz monitorowania integralności konstrukcji inżynierskich, takich jak mosty czy rurociągi.
Pełna treść artykułu została opublikowana w Advances in Science and Technology Research Journal, 2024, tom 18, numer 7, strony 396–405.
Link do publikacji: link do publikacji