VDMM-BESP — открытый инструмент моделирует питтинговую коррозию трубопроводов

Группа исследователей под руководством Tao Jiang и Yan Li опубликовала в журнале SoftwareX открытое ПО VDMM-BESP для автоматизации моделирования метода Voltage Difference Matrix Mapping, он же метод полевой сигнатуры (field signature method). Код выложен на GitHub под лицензией MIT, написан в MATLAB.

Что мониторит метод и в чём было узкое место

На наружную поверхность трубы крепят матрицу электродов, подают контролируемый ток возбуждения и непрерывно измеряют разность потенциалов между соседними парами электродов. Питтинги искажают течение тока в стенке и оставляют характерный след в картине напряжений. По изменению сигнатуры во времени отслеживают утонение стенки и дефекты без вскрытия и остановки трубопровода. Метод применяют на подземных трубопроводах, НПЗ, химических заводах и стальных мостовых конструкциях, где с его помощью контролируют усталостные трещины.

Чувствительность к скрытому питтингу зависит от геометрии трубы, раскладки матрицы электродов, величины тока возбуждения, размера и формы дефекта. Физические эксперименты по такому пространству параметров слишком дороги и медленны. Универсальные конечно-элементные пакеты требуют ручного построения модели, многократной правки параметров, извлечения потенциалов электродов и ручного расчёта признаков, поэтому сотни и тысячи сценариев так не прогнать.

Как устроен VDMM-BESP

Программа связывает COMSOL Multiphysics с обработкой данных, визуализацией и машинным обучением на MATLAB. Требуются MATLAB R2021a или новее, COMSOL Multiphysics 6.2 или новее с модулем LiveLink for MATLAB; MySQL 8.0 опционально, для хранения больших массивов данных. Интерфейс сделан в MATLAB App Designer и состоит из трёх модулей:

• пакетное моделирование электрического поля;
• анализ данных;
• построение обратной модели параметров питтинга.

Модули можно связать в единую цепочку от задания параметров до экспорта прогнозной модели или использовать по отдельности.

В основе расчёта - теорема единственности электростатики. Труба принята однородным изотропным проводником с постоянной электропроводностью, потенциал в металле удовлетворяет уравнению Лапласа. На электродах ввода и вывода задана непрерывность тока, границы с внутренней и внешней средой приняты идеальными изоляторами. Питтинг упрощён до одиночной изолированной полуэллипсоидальной полости. Решатель использует итерационную схему сопряжённых градиентов с допуском по невязке 0,01 и свободную тетраэдральную сетку с физическим управлением.

Источник — Bioengineer.org