Emisji akustycznej - Acoustic emission

Emisja akustyczna ( AE ) to zjawisko promieniowania fal akustycznych (sprężystych) w ciałach stałych, które występuje, gdy materiał ulega nieodwracalnym zmianom w swojej wewnętrznej strukturze, na przykład w wyniku tworzenia się pęknięcia lub odkształcenia plastycznego w wyniku starzenia, gradientów temperatury lub siły mechaniczne. W szczególności AE występuje podczas procesów mechanicznego obciążania materiałów i konstrukcji, którym towarzyszą zmiany strukturalne, które generują lokalne źródła fal sprężystych . Skutkuje to niewielkimi przemieszczeniami powierzchni materiału, wytwarzanymi przez fale sprężyste lub naprężeniowe, generowane, gdy energia sprężysta skumulowana w materiale lub na jego powierzchni jest szybko uwalniana. Fale generowane przez źródła AE mają praktyczne znaczenie w monitorowaniu stanu strukturalnego (SHM), kontroli jakości, sprzężeniu zwrotnym z systemu, monitorowaniu procesów i innych dziedzinach. W zastosowaniach SHM AE jest zwykle używane do wykrywania, lokalizowania i charakteryzowania uszkodzeń.

Zjawiska

Emisja akustyczna to przejściowe fale sprężyste w materiale, spowodowane szybkim uwolnieniem zlokalizowanej energii naprężenia. Zdarzenie źródłem jest zjawiskiem, który uwalnia energię sprężystą w materiale, które następnie rozchodzi się w postaci fali sprężystej. Emisje akustyczne można wykryć w zakresach częstotliwości poniżej 1 kHz i odnotowano je przy częstotliwościach do 100 MHz, ale większość uwolnionej energii mieści się w zakresie od 1 kHz do 1 MHz. Gwałtowne zdarzenia odprężające generują spektrum fal naprężeń rozpoczynających się od 0 Hz i zwykle opadających przy kilku MHz.

Trzy główne zastosowania technik AE to: 1) lokalizacja źródła - określenie lokalizacji, w których wystąpiło źródło zdarzenia ; 2) właściwości mechaniczne materiałów - ocenić i scharakteryzować materiały / konstrukcje; oraz 3) monitorowanie stanu zdrowia - monitorowanie bezpiecznej eksploatacji konstrukcji, na przykład mostów, zbiorników ciśnieniowych, rurociągów itp.

Nowsze badania skupiły się na wykorzystaniu AE nie tylko do lokalizacji, ale także do scharakteryzowania mechanizmów źródłowych, takich jak wzrost pęknięć, tarcie, rozwarstwienie, pękanie matrycy itp. To dałoby AE możliwość poinformowania użytkownika końcowego, jaki mechanizm źródłowy jest obecny i pozwalają im określić, czy konieczne są naprawy strukturalne.

AE może być związane z nieodwracalnym uwolnieniem energii. Może również pochodzić ze źródeł nieobejmujących uszkodzenia materiału, w tym tarcia , kawitacji i uderzenia.

Używa

Zastosowanie emisji akustycznej do badań nieniszczących materiałów ma zwykle miejsce w zakresie od 100 kHz do 1 MHz. W przeciwieństwie do konwencjonalnych badań ultradźwiękowych, narzędzia AE są przeznaczone do monitorowania emisji akustycznej wytwarzanej przez materiał podczas uszkodzenia lub naprężenia, a nie wpływu materiału na fale generowane zewnętrznie. Awarię części można udokumentować podczas monitorowania bez nadzoru. Monitorowanie poziomu aktywności AE podczas wielu cykli obciążenia stanowi podstawę wielu metod kontroli bezpieczeństwa AE, które pozwalają na utrzymanie w eksploatacji części poddawanych kontroli.

Technika ta jest wykorzystywana na przykład do badania powstawania pęknięć podczas procesu spawania, w przeciwieństwie do lokalizowania ich po wykonaniu spoiny za pomocą bardziej znanej techniki badania ultradźwiękowego. W materiale poddawanym naprężeniom czynnym, takim jak niektóre elementy samolotu podczas lotu, przetworniki zamontowane w obszarze mogą wykryć powstawanie pęknięcia w momencie, gdy zaczyna się ono rozprzestrzeniać. Grupa przetworników może służyć do rejestrowania sygnałów, a następnie lokalizowania dokładnego obszaru ich pochodzenia, mierząc czas, w jakim dźwięk dociera do różnych przetworników. Technika ta jest również cenna do wykrywania pęknięć powstających w zbiornikach ciśnieniowych i rurociągach transportujących płyny pod wysokim ciśnieniem. Technika ta jest również stosowana do oceny korozji konstrukcji żelbetowych.

Oprócz badań nieniszczących monitorowanie emisji akustycznej ma zastosowanie w monitorowaniu procesów. Zastosowania, w których z powodzeniem zastosowano monitorowanie emisji akustycznej, obejmują wykrywanie anomalii w złożach fluidalnych i punktów końcowych granulacji okresowej.

Normy dotyczące wykorzystania emisji akustycznej do badań nieniszczących zbiorników ciśnieniowych zostały opracowane przez ASME , ISO i Wspólnotę Europejską.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne i dalsze czytanie