Ταυτοποίηση πλαστικής παραμόρφωσης, σχηματισμού ρωγμών και εξέλιξης αστοχίας σε χάλυβα με την μέθοδο της Ακουστικής Εκπομπής

Κάντε κλικ εδώ για να κατεβάσετε αυτό το έγγραφο

Vassilis Kappatos, Νικόλαος Αγγελόπουλος, Θεοχάρης Τσένης

Στην παρούσα εργασία διερευνάται η χρησιμοποίηση της μεθόδου της Ακουστικής Εκπομπής (AE) για την ανίχνευση πλαστικής παραμόρφωσης, σχηματισμού ρωγμών, και εξέλιξης της αστοχίας σε δομικό χάλυβα κατασκευών. Ο προσδιορισμός των σημάτων ΑΕ που σχετίζονται με αστοχία και έναρξη πλαστικής παραμόρφωσης αποτελεί σημαντικό παράγοντα στην ανάπτυξη και εφαρμογή συστημάτων παρακολούθησης δομικής ακεραιότητας (Structural Health Monitoring - SHM) σε κρίσιμες υποδομές. Κατά συνέπεια, στα πλαίσια της προβλεπτικής συντήρησης, είναι δυνατή η έγκαιρη πρόβλεψη αστοχιών, ενισχύοντάς σημαντικά την ασφάλεια, την αξιοπιστία και τη μακροβιότητα των υποδομών. Στην συγκεκριμένη εργασία ακολουθήθηκε η παρακάτω μεθοδολογία: Για τον προσδιορισμό των κύριων χαρακτηριστικών των κυμάτων ΑΕ που παράγονται ενδογενώς από το ίδιο το υλικό κατά τα στάδια της πλαστικής παραμόρφωσης, σχηματισμού ρωγμών και εξέλιξης αστοχίας, το διάγραμμα της χρονικής εξέλιξης της ΑΕ κατά την διάρκεια των μηχανικών δοκιμών απεικονίστηκε μαζί με τη καμπύλη Τάσης – Παραμόρφωσης. Η καταγεγραμμένη δραστηριότητα AE διαχωρίστηκε σε διακριτές ομάδες σημάτων που αντιστοιχούν στα στάδια ελαστικής παραμόρφωσης, ορίου διαρροής, πλαστικής παραμόρφωσης, και αστοχίας που παρατηρήθηκαν στην καμπύλη Τάσης-Παραμόρφωσης. Για την ανάλυση της κατανομής της έντασης των σημάτων ΑΕ κατά τα παραπάνω στάδια, αξιοποιήθηκε η ενέργεια των αντίστοιχων σημάτων, καθώς συμβάντα αστοχίας και μεταβολής στη δομή του υλικού συνοδεύονται από υψηλές τιμές ενέργειας σε σχέση με τον ανεπιθύμητο θόρυβο που μπορεί επίσης να καταγραφεί κατά την δοκιμή ΑΕ. Υψηλότερη ενέργεια διαπιστώθηκε στο όριο διαρροής του υλικού όπου πραγματοποιείται η μετάβαση από την αντιστρέψιμη ελαστική παραμόρφωση στη μόνιμη πλαστική παραμόρφωση. Στη συνέχεια, η παραγόμενη ενέργεια στα σήματα της ΑΕ μειώνεται κατά το στάδιο της πλαστικής παραμόρφωσης, ενώ στη συνέχεια αυξάνεται κατά τον σχηματισμό και εξέλιξη ρωγμών, καθώς και κατά την τελική αστοχία του δείγματος. Κατόπιν ανάλυσης των καταγεγραμμένων σημάτων ΑΕ διαπιστώθηκε ότι το κάθε στάδιο, από την ελαστική παραμόρφωση έως την τελική θραύση, χαρακτηρίζεται από συγκεκριμένα μοτίβα σημάτων. Αυτή η ανάλυση οδήγησε στον προσδιορισμό των κυρίως χαρακτηριστικών των σημάτων ΑΕ που σχετίζονται με την ελαστική παραμόρφωση, πλαστική παραμόρφωση, τον σχηματισμό και διάδοση ρωγμών, καθώς και την τελική αστοχία. Η κατηγοριοποίηση των σημάτων AE μπορεί να παρέχει σημαντική πληροφορία σχετικά με την συμπεριφορά του υλικού υπό συνθήκες εντατικής φόρτισης, επιτρέποντας τον προσδιορισμό και τον εντοπισμό σε πραγματικό χρόνο την έναρξη και εξέλιξη της αστοχίας υπό συνθήκες εντατικής φόρτισης. Κατά την εκκίνηση και εξέλιξη αστοχίας παρατηρήθηκε έντονη δημιουργία σημάτων ΑΕ υψηλής ενέργειας που σχετίζονται με την έναρξη της πλαστικής παραμόρφωσης και διάδοσης ρωγμών. Επομένως, με την ταυτοποίηση και την εξαγωγή των κυρίως χαρακτηριστικών των σημάτων ΑΕ που σχετίζονται με τα συμβάντα αυτά, είναι δυνατή η έγκαιρη διάγνωση και πρόβλεψη εκτεταμένης πλαστικής παραμόρφωσης και ρηγμάτωσης στο υλικό, πριν εξελιχθούν σε κρίσιμο βαθμό και προκαλέσουν στατική αστάθεια και ξαφνική αστοχία σε μια κατασκευή.