Finite element method based computational time reversal in elastodynamics

Abstract

The aim of this thesis is to develop a methodology to correctly reconstruct the source in the time domain using the computational time reversal method. This capability would allow identification of existing or forming flaws in the material by analyzing the reconstructed signals. Localization of sources using refocusing of energy is a well-established method, but reconstruction of these sources is still an unsolved problem. A dedicated explicit solver based on the finite element method is developed to solve the elastic wave propagation in solid material. The developed methodology is numerically tested and also verified using experimental data. It is proved that the reconstruction is feasible and correct with a tuned model. Thanks to the presented research, the practical deployment of the computational time reversal method is more promising and it can be included in the concept of the so-called digital twin. On the other hand, the method is very sensitive to the input parameters and very computationally demanding, which are aspects that open up possibilities for further research.

Cílem práce je vyvinout metodologii pro věrohodnou rekonstrukci zdroje v časové oblasti za použití metody výpočetní časové reverzace. Tato schopnost by pomocí analýzy rekonstruovaných signálů umožnila identifikovat stávající nebo vznikající poruchy v materiálu. Lokalizace zdroje pomocí zpětného zaměření energie je známá metoda, ale rekonstrukce časového průběhu zdroje je stále otevřený problém. Pro řešení šíření elastických vln byl vyvinut explicitní řešič založený na metodě konečných prvků. Vyvinutá metodologie byla otestována numericky a verifikována na experimentálních datech. Bylo prokázáno, že s naladěným numerickým modelem je rekonstrukce zroje proveditelná a správná. Díky provedenému výzkumu je praktické nasazení metody časové reverzace perspektivnější a metoda může být zahrnuta do konceptu zvaného digitální dvojče. Metoda je však velmi citlivá na vstupní parametry a náročná na výpočet, což otevírá možnosti pro další výzkum.