2015遠東論壇大會報告之一，題目與報告人介紹

大會報告題目：         

以 新式 統計 (Modern Statistics) 工具 來解  無損 探傷 的 模型 輔道 探測 效率
(Model-Assisted POD) 及 疲勞 壽命 模型 (Fatigue Life Modeling) 的 應用 問題


主講人：               
美國 聯邦政府 科技標準研究院  應用及計算數學系
National Institute of Standards & Technology (NIST)
Applied and Computational Mathematics Division
Gaithersburg, MD 20899-8910, U.S.A.
方資慧 博士 (Dr. Jeffrey T. Fong)

講題摘要：     
   
從 1974 年 到 現 在，無損 探傷 (NDT) 的 發 展 已 有 40 年 的 歷 史。應 各 方 面 科 技 理 論 及 工 具 發 展 影 響 下，無損 探傷 (NDT) 的 發 展 也 大 有 進 步。首 先，我 做 一 個 簡 單 的 介 紹 及 評 論。重 點 是 放 在  模型 輔道 探測 效率  (Model-Assisted POD) 及 疲勞 壽命 模型 (Fatigue Life Modeling) 的 兩大 問題。

這 兩 問題 對 無損 探傷 的 可靠性 (NDT Reliability) 很 有 關 系。無損 探傷 的 可靠性 是 一個 很 復雜 的 題 目。其 中 有 三 個 基 本 問題，那 就是    (1) 規模 大小 (scale),    (2) 變 化 率 (Uncertainty),    (3) 證 實模 型 (model validation).   在 過 去 40 年 中，計 算 機 的 發 展 是 特 別 快。使  統 計 學 也 變 了 及 帶 來 很 多 以 軟 件 為 主  新 的 工 具。對 無損 探傷 來 講， 有 三 套 特 別 有 用：   (1)  非 決 定 模 型   (stochastic modeling),     (2)  實 驗 設 計 模 型   (design of experiments-based modeling),            (3)  模 型 輔 道 下 多 維 規 模 代 替 實 際 的 計 算   (model-validation-based multi-scale simulation).  

在 介 紹 及 解 釋 的 過 程 中，我 會 引 用 我 工作 方 面 遇 到 的 五 個 習 題 作 例 子。這 新 的 工 具 使 我 們 對 無 損 探 傷 可靠 性 的 發 展， 大 有 信 心。再 加 上 現 場 感 應 器 帶 來 大 量 無 損 探 傷 數 據 的 應 用，使 我 們 增 加 了 不 少 機 器 保 養 及 預 防 破 裂  的 工 具。

主講人簡歷：        


方資慧，浙江鎮海人，生于上海。曾求學于 江蘇省立上海中學 高中部，香港大學 土木工程系學士 ，美國 哥倫比亞大學 工程力學 碩士，及 美國斯坦福大學 工程力學 及 應用數學 博士。


1955年 港大畢業后，曾在美國 紐約市 一家設計及建造發電廠工程的公司 (Ebasco) 任高級工程師 八年。1966年 開始進入 美國 聯邦政府 ，在國家科技標準研究院的應用及計算數學系工作。迄今已有 四十多年累積的研究 科技標準的經驗和心得。


從 2006年 起，方博士并開始 在美國 賓州 費城的  Drexel  和 加州的  Stanford  兩個大學 兼任 客座教授 (Adjunct Professor)。開設的課程有“Finite Element Method Uncertainty Analysis (有限元計算的 可靠性),"   "Reliability and Uncertainty Estimation of FEM Models of Composite Structures (復合材料設計及 現代制造的 可靠性),"   "Applied Statistics for FEM Uncertainty and NDT  Reliability Analysis with a Software Tool,” (工程統計學及 可靠分析軟件的 應用)," 等等。


2012 年 又蒙 香港城市大學 (City University of Hong Kong) 邀請 兼任核能工程 (Nuclear and Risk Engineering) 客座教授，任期三年。每次授課，以短訓班形式，主講兩門課: (1) Introduction to Statistics for Engineers with a Software Tool,  (2) Advanced Statistics for FEM Uncertainty, Design of Experiments, NDT Reliability, and Risk Assessment.  2013 年又蒙 上海華東理工大學邀請 任 榮譽客座教授，任期亦三年。


方博士是  美國  機械工程師學會  (ASME)  及  材料測驗學會(ASTM) 的 高等會員 (Fellow)。曾任 ASTM-E9.01 疲勞研究 (Fatigue Research) 分委員會 主席，及 ASME 壓力容器及管道 (Pressure Vessels & Piping) 分會主席。1985 年 ，中華人民共和國的 國家標準局 聘請方博士為全國 壓力容器標準化技術 委員會名譽顧問。1993 年，美國 機械工程師學會  (ASME)  贈方博士代表最高榮譽的 壓力容器獎章 (ASME Pressure Vessel Medal)。他出版的 學術報告 及 論文 逾一百二十篇。主編的 科技會議 議程書 有 十七本之多。


Model-Assisted POD and Fatigue Life Modeling using Modern Statistical Tools

Dr. Jeffrey T. Fong, P.E.
Applied & Computational Mathematics Division
National Institute of Standards & Technology (NIST)
Gaithersburg, MD 20899-8910, U.S.A.
Email: [email protected]
https://www.nist.gov/itl/math/jeffrey-t-fong.cfm

Abstract:

We begin with a review of progress in nondestructive testing (NDT) and fatigue research since 1974 with emphasis on (1) NDT for fatigue crack measurements, (2) model-assisted probability of detection (MAPOD) for fatigue life modeling, and (3) NDT-based structural health monitoring for failure prevention.  Our review is followed by listing three fundamental problems in NDT-based fatigue modeling, namely, scale, uncertainty, and validation, and three modern statistical tools, namely, stochastic modeling, design-of-experiments-based modeling, and model-validation-based multi-scale simulation, to suggest that we now possess a “sufficient” number of tools and a body of basic knowledge to make NDT a scientific discipline and reliable technology.  Five examples are introduced to demonstrate the plausibility of a thesis that the fatigue life of an aging structure can be predicted with 99.99 % confidence and 99.99999999 % coverage if the structure is continuously monitored by built-in sensors with model- assisted NDT technology and fast on-line analysis capability.  Significance and limitations of this NDT-monitoring and on-line analysis approach to high-consequence aging asset management are presented and discussed.

Biographical Sketch of Speaker:

Dr. Jeffrey T. Fong has been Physicist and Project Manager at the Applied and Computational Mathematics Division, Information Technology Laboratory, National Institute of Standards and Technology (NIST), Gaithersburg, MD, since 1966.  He was educated at the University of Hong Kong (B.Sc., Engineering, first class honors, 1955), Columbia University (M.S., Engineering Mechanics, 1961), and Stanford (Ph.D., Applied Mechanics and Mathematics, 1966).  Prior to 1966, he worked as a design engineer (1955-63) on numerous power plants (hydro, fossil-fuel, nuclear) at Ebasco Services, Inc., in New York City, and a teaching & research assistant (1963-66) on engineering mechanics at Stanford University.  

During his 40+ years at NIST, he has conducted research, provided consulting services, and taught numerous short courses on mathematical and finite-element-method modeling with uncertainty estimation in continuum mechanics and thermodynamics, fatigue, fracture, creep, nondestructive evaluation (NDE), electromagnetics, and failure analysis of a broad range of materials ranging from paper, ceramics, glass, to polymers, composites, metal alloys, semiconductors, and biological tissues.  

A licensed professional engineer (P.E.) in the State of New York since 1962 and a chartered civil engineer in the United Kingdom and British Commonwealth (A.M.I.C.E.) since 1968, he has authored or co-authored more than 100 technical papers, and edited or co-edited 17 national or international conference proceedings.  He was elected Fellow of ASTM in 1982 and Fellow of ASME in 1984.  In 1993, he was awarded the prestigious ASME Pressure Vessels and Piping Medal.   In 2014 he was honored at the International Conference on Computational & Experimental Engineering & Sciences (ICCES) with a Lifetime Achievement Medal.  

Since 2006, he has been Adjunct Professor of Mechanical Engineering and Mechanics at Drexel University and taught a graduate-level 3-credit course on “Finite Element Method Uncertainty Analysis.” Since Jan. 2010, he has given every 6 months an on-line 3-hour short course at Stanford University on “Reliability and Uncertainty Estimation of FEM Models of Composite Structures.”  In 2012, he was appointed Adjunct Professor of Nuclear and Risk Engineering at the City University of Hong Kong, and Distinguished Guest Professor at the East China University of Science & Technology, Shanghai, China, to teach annually a 1-credit 16-hour short course on “Applied Statistics for FEM Uncertainty, Design of Experiments, and NDT Reliability with a Software Tool.”

介紹新技術，新方法。

尖端技術現實應用

無損檢測可靠性評價問題