ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΚΟΥΣΤΙΚΩΝ ΕΚΠΟΜΠΩΝ (AE)

Όταν ένα στερεό φορτίζεται με τάσεις αρκούντως υψηλές, τότε το υλικό παράγει ήχους με τη μορφή διακριτών παλμών. Το φαινόμενο αυτό το καλούμε Ακουστική Εκπομπή (Acoustic Εmission – ΑΕ) ή Εκπομπή Κυμάτων Τάσης (Stress-Wave Emission – SWE). H Ακουστική Εκπομπή μπορεί να καλύπτει και το ακουστικό φάσμα αλλά κυρίως πρόκειται για υπερήχους με συχνότητες από 30 kHz έως 30 MHz.

Κύρια χαρακτηριστικά των παλμών Ακουστικής Εκπομπής είναι ο χρόνος ανόδου TR, η συνολική διάρκεια TD και το πλάτος τους όταν ξεπερνά ένα ελάχιστο όριο (threshold). Η ρύθμιση του ελάχιστου ορίου είναι σημαντική για την επιλογή ή απόρριψη των παλμών (π.χ. στην επόμενη εικόνα, ο παλμός 5 αγνοείται ενώ ο 4 υπολογίζεται δυο φορές.

Εικόνα 18 : Σειρά παλμών Ακουστικής Εκπομπής.

Η τελική επιλογή της παρουσίας ή όχι ενός παλμού είναι πιο πολύπλοκη διαδικασία και στην οποία συμμετέχουν εκτός από ειδικά κυκλώματα φίλτρων και προγράμματα Η/Υ που υλοποιούν τεχνικές Θεωρίας Αποφάσεων και Αναγνώρισης Προτύπων.

Οι πιο βασικές παράμετροι που μελετώνται γραφικά είναι η συνολική ενέργεια των παλμών και το πλήθος των αφικνούμενων παλμών στη μονάδα του χρόνου. Οι παράμετροι αυτοί της ΑΕ συγκρίνονται και συνδυάζονται με άλλες παραμέτρους της κόπωσης ώστε να προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα. Συσχετίζοντας π.χ., την συνολική ενέργεια των παλμών με τον χρόνο ή τους κύκλου φόρτισης προκύπτουν διαγράμματα τα οποία μπορούν αν συγκριθούν με τα διαγράμματα της μορφής α-Ν (μήκους ρωγμής – κύκλων φόρτισης).

 
Εικόνα 19 : Διάγραμμα ενέργειας ΑΕ προς χρόνο φόρτισης (α) για «θορυβώδη» υλικά
και (β) για «ήσυχα» υλικά.

Αντίστοιχα, συσχετίζοντας το πλήθος των αφικνούμενων παλμών ανά λεπτό με τη παραμόρφωση του υλικού, μπορούμε να σχεδιάσουμε το διάγραμμα τους μαζί με το διάγραμμα σ-ε (τάσης-παραμόρφωσης) όπως φαίνεται παρακάτω:

 
Εικόνα 20 : Διάγραμμα πλήθους παλμών ΑΕ προς ανηγμένη παραμόρφωση ε :
(α) για ατσάλι και (β) για αλουμίνιο.

Τέλος, αν σχεδιάσουμε τη συνολική ενέργεια των παλμών ΑΕ ως προς τον συντελεστή έντασης τάσεων Κ προκύπτει το ακόλουθο διάγραμμα όπου φαίνεται ότι υπάρχει μια αύξηση των εκπομπών ΑΕ όταν το Κ πλησιάζει τη δυσθραυστότητα (fracture toughness KIC).

Εικόνα 21 : Διάγραμμα ενέργειας ΑΕ προς συντελεστή Κ.

Εντοπισμός μιας πηγής ΑΕ

Μια από τις ευρύτερα διαδεδομένες εφαρμογές της ΑΕ είναι ο εντοπισμός της θέσης του ελαττώματος ή της ατέλειας που παράγει τους παλμούς ΑΕ. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιεί πολλούς αισθητήρες υπερήχων (10-20). Οι αισθητήρες τοποθετούνται στην επιφάνεια του υπό εξέταση αντικειμένου σε απόσταση μεταξύ τους ώστε να καλύπτουν όλο το αντικείμενο. Η χρονική συσχέτιση των σημάτων τους επιτρέπει τον γεωμετρικό προσδιορισμό της θέσης της πηγής κάθε παλμού ΑΕ. Για ατέλειες που βρίσκονται σε ακτίνα περίπου 1 m από τους αισθητήρες, μπορεί να εντοπιστεί η θέση τους με ακρίβεια εκατοστού (1 cm).

Υπέρ και Κατά της Μεθόδου ΑΕ

Η μέθοδος των ΑΕ είναι μια από τις νεότερες μεθόδους ΜΚΕ. Έχει ήδη περάσει τα βασικά στάδια ανάπτυξης και ήδη έχουν δοθεί οι πρώτες τυποποιήσεις από την ASTM με πιο σημαντικό το ASTM.E.750. 

Τα κυριότερα προτερήματα της μεθόδου είναι ότι: μπορεί να καλύψει μεγάλες επιφάνειες και κατασκευές, μας δείχνει ότι υπάρχουν ατέλειες που επεκτείνονται, εντοπίζει τις ατέλειες, τις εντοπίζει ακόμη και σε απρόσιτα σημεία, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ενώ η κατασκευή μας λειτουργεί (on-line).

Η μέθοδος έχει φυσικά και μειονεκτήματα όπως: δεν εκπέμπονται παλμοί ΑΕ από όλες τις ατέλειες του υλικού, η απόδοσή της εξαρτάται από τη μέθοδο φόρτισης της κατασκευής και από την ύπαρξη θορύβου, δεν καθορίζει το μέγεθος της ατέλειας και δεν είναι ακόμη πλήρως τυποποιημένη.

Εικόνα 22 : Συνδεσμολογία μεθόδου ΑΕ.

Μέθοδοι Ακουστικής Πρόσκρουσης (Acoustic Impact)

Η μέθοδος αυτή έρχεται από τα πρώτα χρόνια του σιδηροδρόμου όταν, οι ελεγκτές των οχημάτων, χτυπούσαν με σφυριά τους τροχούς του τραίνου για να διαπιστώσουν από τον ήχο τυχόν βλάβες. Σήμερα το «χτύπημα» έχει τυποποιηθεί και αυτοματοποιηθεί και ο ήχος αναλύεται ηλεκτρονικά ώστε να εξαχθούν οι χρήσιμες πληροφορίες.

Υπάρχει μια σειρά τεχνικών που βασίζονται στην ίδια αρχή όπως είναι: η ηχητική μέθοδος (sonic), η ακουστική μέθοδος (acoustic), η μέθοδος μηχανικής εμπέδησης (mechanical impedance), και, η μέθοδος των δονήσεων (vibration).

[Προηγούμενη] | Πάνω | [Επόμενη]