stringtranslate.com

انتشار آکوستیک

مکانیسم جابجایی عمل (رویداد) AE در حین هسته‌زایی یک ریزترک در فلزات با شبکه مکعبی (bcc) متمرکز بر بدنه

انتشار آکوستیک ( AE ) پدیده تابش امواج صوتی (الاستیک) در جامدات است که زمانی رخ می دهد که یک ماده دچار تغییرات غیرقابل برگشت در ساختار داخلی خود شود، به عنوان مثال در نتیجه تشکیل ترک یا تغییر شکل پلاستیک به دلیل پیری، گرادیان دما، یا نیروهای مکانیکی خارجی [1]

به طور خاص، AE در طی فرآیندهای بارگذاری مکانیکی مواد و سازه‌ها همراه با تغییرات ساختاری که منابع محلی امواج الاستیک را ایجاد می‌کند، رخ می‌دهد . [2] این منجر به جابجایی‌های سطحی کوچک ماده‌ای می‌شود که توسط امواج الاستیک یا استرس [3] تولید می‌شود که وقتی انرژی الاستیک انباشته شده در یک ماده یا روی سطح آن به سرعت آزاد می‌شود. [4] [5] [6]

مکانیسم انتشار پالس الاستیک اولیه AE (عمل یا رویداد AE) ممکن است ماهیت فیزیکی متفاوتی داشته باشد. شکل مکانیسم عمل (رویداد) AE را در حین هسته‌زایی یک ریزترک به دلیل پیشرفت انباشته نابجایی‌ها نشان می‌دهد ( نابجایی یک نقص خطی در شبکه کریستالی یک ماده است) در سراسر مرز در فلزات با بدنه . شبکه مکعبی متمرکز (bcc) تحت بارگذاری مکانیکی، و همچنین نمودارهای زمانی جریان اعمال AE (رویدادها) (1) و جریان سیگنال های AE ثبت شده (2). [5] [6]

روش AE امکان مطالعه سینتیک فرآیندها را در مراحل اولیه ریزتغییر شکل، هسته دررفتگی و تجمع ریزترک ها فراهم می کند. به طور کلی، به نظر می رسد هر ترک در مورد رشد خود "فریاد می زند". این امکان تشخیص لحظه منشاء ترک توسط AE همراه را فراهم می کند. علاوه بر این، برای هر ترکی که قبلاً ایجاد شده است، بسته به خواص ماده، اندازه بحرانی خاصی وجود دارد. [5] [6] تا این اندازه، شکاف بسیار آهسته (گاهی برای چندین دهه) از طریق تعداد زیادی پرش مجزای کوچک همراه با تابش AE رشد می‌کند. پس از رسیدن ترک به اندازه بحرانی، تخریب فاجعه بار رخ می دهد، زیرا رشد بیشتر آن در حال حاضر با سرعتی نزدیک به نیمی از سرعت صوت در ماده سازه است. با استفاده از تجهیزات بسیار حساس ویژه و اندازه گیری در ساده ترین حالت شدت dNa/dt (مقدار در واحد زمان) و همچنین تعداد کل اعمال (رویدادها) AE, Na، می توان به صورت تجربی برآورد نرخ رشد، طول ترک و پیش بینی نزدیکی تخریب با توجه به داده های AE. [5] [6]

امواج تولید شده توسط منابع AE در نظارت بر سلامت ساختاری (SHM)، کنترل کیفیت، بازخورد سیستم، نظارت بر فرآیند و سایر زمینه‌ها مورد توجه عملی هستند. در کاربردهای SHM، AE معمولاً برای شناسایی، مکان یابی [7] و مشخص کردن آسیب [8] استفاده می شود.

پدیده ها

انتشار آکوستیک امواج الاستیک گذرا درون یک ماده است که در اثر آزاد شدن سریع انرژی تنش موضعی ایجاد می شود. منبع رویداد پدیده ای است که انرژی الاستیک را در ماده آزاد می کند و سپس به صورت موج الاستیک منتشر می شود. انتشارات صوتی را می توان در محدوده فرکانس زیر 1 کیلوهرتز تشخیص داد و در فرکانس های تا 100 مگاهرتز گزارش شده است، اما بیشتر انرژی آزاد شده در محدوده 1 کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز است. رویدادهای آزادکننده سریع استرس، طیفی از امواج استرس را تولید می‌کنند که از 0 هرتز شروع می‌شوند و معمولاً در چندین مگاهرتز سقوط می‌کنند.

سه کاربرد اصلی تکنیک های AE عبارتند از: 1) مکان منبع - تعیین مکان هایی که منبع رویداد در آن رخ داده است. 2) عملکرد مکانیکی مواد - ارزیابی و توصیف مواد و سازه ها. و 3) نظارت بر سلامت - نظارت بر عملکرد ایمن یک سازه، به عنوان مثال، پل ها، ظروف تحت فشار، خطوط لوله و غیره.

تحقیقات جدیدتر بر روی استفاده از AE نه تنها برای مکان یابی بلکه برای مشخص کردن مکانیسم های منبع [8] مانند رشد ترک، اصطکاک، لایه لایه شدن، ترک خوردگی ماتریس و غیره متمرکز شده است. این به AE این توانایی را می دهد که به کاربر نهایی بگوید مکانیسم منبع چیست. وجود دارد و به آنها اجازه می دهد تا تعیین کنند که آیا تعمیرات سازه ضروری است یا خیر.

استفاده از پردازش و تجزیه و تحلیل سیگنال مناسب امکان به دست آوردن درک عمیق تر از سیگنال های موج الاستیک و ارتباط آنها با فرآیندهای رخ داده در ساختارها را فراهم می کند.

گسترش قابل توجهی از قابلیت ها و افزایش قابلیت اطمینان روش تشخیصی AE با استفاده از روش های آماری برای تجزیه و تحلیل جریان های رویداد تصادفی (به عنوان مثال، مدل جریان تصادفی پواسون ) فراهم می شود [5] [6]

نمایش دامنه فرکانس سیگنالی که از طریق تبدیل فوریه سریع (FFT) به دست می‌آید، اطلاعاتی درباره مقدار و محتوای فرکانس سیگنال ارائه می‌کند. [9]

AE می تواند به آزادسازی برگشت ناپذیر انرژی مرتبط باشد. همچنین می‌تواند از منابعی که شامل خرابی مواد نیستند، از جمله اصطکاک ، کاویتاسیون و ضربه ایجاد شود.

استفاده می کند

استفاده از انتشار آکوستیک برای آزمایش غیر مخرب مواد معمولاً بین 20 کیلوهرتز و 1 مگاهرتز انجام می شود. [10] برخلاف آزمایش‌های فراصوت معمولی ، ابزارهای AE برای نظارت بر انتشارات صوتی تولید شده توسط مواد در هنگام شکست یا استرس طراحی شده‌اند، و نه بر روی تأثیر مواد بر امواج تولید شده خارجی. خرابی قطعه را می توان در طول نظارت بدون مراقبت ثبت کرد. نظارت بر سطح فعالیت AE در طول چرخه های بار متعدد، اساس بسیاری از روش های بازرسی ایمنی AE را تشکیل می دهد، که به قطعات تحت بازرسی اجازه می دهد در خدمت باقی بمانند. [11]

این تکنیک، به عنوان مثال، برای مطالعه تشکیل ترک ها در طول فرآیند جوشکاری، در مقابل مکان یابی آنها پس از تشکیل جوش با روش آشناتر تست اولتراسونیک استفاده می شود.

در مواد تحت تنش فعال، مانند برخی از اجزای هواپیما در طول پرواز، مبدل های نصب شده در یک منطقه می توانند تشکیل ترک را در لحظه شروع انتشار آن تشخیص دهند. گروهی از مبدل‌ها را می‌توان برای ضبط سیگنال‌ها و سپس تعیین محل دقیق منشأ آنها با اندازه‌گیری زمان رسیدن صدا به مبدل‌های مختلف استفاده کرد.

نظارت مداوم طولانی مدت برای انتشارات صوتی برای تشخیص ترک های ایجاد شده در مخازن تحت فشار [12] [13] و خطوط لوله انتقال مایعات تحت فشار بالا ارزشمند است. استانداردهایی برای استفاده از انتشار آکوستیک برای آزمایش غیر مخرب مخازن تحت فشار توسط ASME ، ISO و جامعه اروپا ایجاد شده است .

از این روش برای تخمین خوردگی سازه های بتن مسلح استفاده می شود. [11] [14]

در حال حاضر، روش AE به طور فعال در وظایف نظارت و تشخیص اشیاء مهندسی انرژی هسته ای، هوانوردی، موشک و فناوری فضایی، حمل و نقل ریلی، مصنوعات تاریخی (به عنوان مثال، زنگ تزار در کرملین مسکو) و همچنین استفاده می شود. سایر محصولات و اشیاء هدف مسئول. [15]

سنجش AE به طور بالقوه می تواند برای نظارت بر وضعیت سلامت باتری های لیتیوم یونی، به ویژه در تشخیص و توصیف رویدادهای مکانیکی-الکتروشیمیایی انگلی، مانند سنگ زنی الکتروشیمیایی الکترود ، انتقال فاز ، و تکامل گاز مورد استفاده قرار گیرد . سنسور پیزوالکتریک برای دریافت سیگنال های صوتی منتشر شده توسط مواد باتری در حین کار استفاده می شود. [16]

علاوه بر آزمایش‌های غیرمخرب، نظارت بر انتشار آکوستیک در پایش فرآیند نیز کاربرد دارد . کاربردهایی که پایش انتشار صوتی با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است شامل تشخیص ناهنجاری ها در بسترهای سیال و نقاط پایانی در دانه بندی دسته ای است.

همچنین ببینید

مراجع

  1. ^ انتشار آکوستیک . بالتیمور: ASTM، STP-505. 1972. صفحات 1-337.
  2. ↑ Dunegan HL، Harris DO، Tatro CA (1968). "تحلیل شکستگی با استفاده از انتشار آکوستیک". مهندس فرک. مکانیک​ 1 (1): 105-122. doi :10.1016/0013-7944(68)90018-0.{{cite journal}}: CS1 maint: چندین نام: فهرست نویسندگان ( پیوند )
  3. ^ وب سایت packuk.co.uk بایگانی شده در 27 دسامبر 2011، در Wayback Machine . بازیابی شده در 2011-12-05.
  4. ↑ Sotirios J. Vahaviolos (1999). انتشار آکوستیک: استانداردها و به روز رسانی فناوری . جلد STP-1353. فیلادلفیا، PA: ASTM International (انتشار). ص 81. شابک 978-0-8031-2498-1.
  5. ^ abcde Builo SI جنبه های فیزیکی، مکانیکی و آماری تشخیص انتشار صوتی // فیزیک و مکانیک مواد جدید و کاربردهای آنها، نیویورک: نوا ساینس Publishers، 2013. صفحات 171-183. https://www.researchgate.net/publication/290591153_Physical_mechanical_and_statistical_aspects_of_acoustic_emission_diagnostics
  6. ^ abcde Builo، SI (2017). جنبه های فیزیکی و مکانیکی، آماری و شیمیایی تشخیص انتشار صوتی (PDF) (به زبان روسی). روستوف روی دان: انتشارات SFU. ص 184. شابک 978-5-9275-2369-6.
  7. ^ ایتون، ام جی؛ پولین، آر. Holford، KM (ژوئن 2012). "محل منبع انتشار آکوستیک در مواد کامپوزیتی با استفاده از نقشه برداری دلتا تی". کامپوزیت ها قسمت A: علوم کاربردی و ساخت . 43 (6): 856-863. doi :10.1016/j.compositesa.2012.01.023.
  8. ^ اب مک کروری، جان پی. الجمیلی، صفاء خ. کریولی، دیوید؛ پیرسون، متیو آر. ایتون، مارک جی. Featherston، Carol A. گواگلیانو، ماریو؛ هولفورد، کارن ام. پولین، ریس (ژانویه 2015). "طبقه بندی آسیب در کامپوزیت های فیبر کربن با استفاده از انتشار آکوستیک: مقایسه سه تکنیک". کامپوزیت ها قسمت B: مهندسی . 68 : 424-430. doi : 10.1016/j.compositesb.2014.08.046 . hdl : 11311/890355 .
  9. ^ پاپ، هارتموت؛ کولر، مارکوس؛ جان، مارکوس؛ برگمان، الکساندر (1 دسامبر 2020). "روش های مکانیکی برای تعیین حالت باتری های ثانویه لیتیوم-یون: بررسی". مجله ذخیره انرژی . 32 : 101859. Bibcode :2020JEnSt..3201859P. doi : 10.1016/j.est.2020.101859 .
  10. ↑ بناویس، ساموئل (2009). کنترل خوردگی در صنعت هوافضا بوکا راتون، FL: مطبوعات CRC. شابک 978-1-84569-553-8. OCLC  456184838.
  11. ^ ab Blitz، جک؛ جی سیمپسون (1991). روش های اولتراسونیک تست غیر مخرب . Springer-Verlag New York, LLC. شابک 978-0-412-60470-6.
  12. ↑ استوارت هیورداین، ویرایش. (1993). ارزیابی یکپارچگی کارخانه با آزمایش انتشار صوتی (2 ویرایش). راگبی، انگلستان: موسسه مهندسین شیمی . شابک 978-0-85295-316-7.
  13. ^ AA Anastasopoulos; DA Kourousis; پی تی کول (اکتبر 2008). بازرسی انتشار آکوستیک مخازن تحت فشار فلزی کروی . دومین کنفرانس بین المللی بازرسی فنی و NDT (TINDT2008). تهران، ایران.
  14. ^ برآورد خوردگی در بتن مسلح با تکنیک های الکتروشیمیایی و انتشار آکوستیک، مجله فناوری پیشرفته بتن، جلد. 3، شماره 1، 137-144، فوریه 2005
  15. ^ Builo SI، Builo BI، Kolesnikov VI، Vereskun VD، Popov ON Application of the Acoustic Emission Method in Problems of Vehicle Diagnostics, Journal of Physics: Conference Series. 2020. جلد. 1636. 012006. https://www.researchgate.net/publication/346164546_Application_of_the_acoustic_emission_method_in_problems_of_vehicle_diagnostics
  16. ^ هوانگ، جیاکیانگ؛ بولز، استیون تی. تاراسکون، ژان ماری (23 مارس 2022). "حس به عنوان کلید طول عمر و پایداری باتری". پایداری طبیعت . 5 (3): 194-204. Bibcode :2022NatSu...5..194H. doi :10.1038/s41893-022-00859-y. S2CID  247623256.

لینک های خارجی و ادامه مطلب