EWI to usługowa firma inżynierska z siedzibą w USA. Jej eksperci stosują zaawansowane narzędzia i metody, wykonując przeglądy i ekspertyzy techniczne w takich dziedzinach, jak analiza pęknięć i optymalizacja projektów. Oceniając konstrukcje o newralgicznym znaczeniu, takie jak mosty, statki powietrzne czy turbiny generatorów energii elektrycznej, inżynierowie muszą, między innymi, gruntownie przeanalizować jeden z czynników istotnie wpływających na ich trwałość użytkową: obciążenia cykliczne. Obciążenie cykliczne to powtarzające się regularnie lub w sposób zmienny działanie siły na określone miejsca konstrukcji. Na przykład most jest cyklicznie obciążany przez przejeżdżające po nim pojazdy, a skrzydła samolotu — przez zmienne ciśnienie powietrza.
Wraz z upływem czasu obciążenia cykliczne mogą doprowadzić do zmęczeniowych pęknięć konstrukcji.
EWI stara się być w technicznej awangardzie i zapewniać swoim inżynierom dostęp do najbardziej skutecznych i wydajnych przyrządów. Oleg Volf, naczelny inżynier w EWI, kierował testami obrazowania techniką Total Focusing Method (TFM) za pomocą defektoskopu Phased Array OmniScan™ X3.
Zespół Olega, odpowiedzialny w EWI za badania nieniszczące, zamierzał sprawdzić, jaką wartość metoda TFM mogłaby wnieść do pomiarów pęknięć zmęczeniowych. Na przykład zwiększenie dokładności pomiaru pozwoliłoby na pogłębioną ocenę szybkości powiększania i rozchodzenia się pęknięć, a w efekcie — zwiększenie precyzji badania uszkodzeń.
Jednym z narzędzi stosowanych do wiarygodnej oceny powiększania się pęknięć jest ekstensometr. Po włożeniu ekstensometru do szczeliny będącej skutkiem pęknięcia przyrząd generuje sygnał napięciowy odpowiadający podatności materiału. W opisywanym eksperymencie użyto właśnie ekstensometru jako przyrządu referencyjnego.
Pomiar powiększania się pęknięć: porównanie technik Phased Array i TFM
W swoim laboratorium zespół EWI przygotował hydrauliczną maszynę wytrzymałościową i zaprogramował ją tak, by wywierała stopniowo coraz większy nacisk na badaną próbkę (wzorzec ASTM E1820 do badania ciągliwości) w celu zasymulowania powiększającego się pęknięcia zmęczeniowego. Więcej informacji o eksperymencie, w tym opis zastosowanego wyposażenia, można znaleźć w tym studium przypadku.
Sonda Phased Array, klin i próbka używane przez EWI w symulacji powiększającego się pęknięcia zmęczeniowego
Defektoskop OmniScan™ X3 posłużył do pomiaru powiększania się pęknięcia, a wyniki uzyskane konwencjonalną techniką Phased Array (PA) porównano z wynikami obrazowania TFM. W próbie stosowano konwencjonalny skan sektorowy PA oraz tryby propagacji TFM TT (impuls-echo) TT-T (self-tandem). Pomiary wykonywano w regularnych odstępach czasu, a wyniki porównywano ze wskazaniami ekstensometru.
Skan S z głowicy PA (na górze) i obraz TFM próbki (na dole) — przy użyciu defektoskopu OmniScan™ X3
Więcej informacji o charakterze pęknięć
We wnioskach z eksperymentu Oleg tak podsumował zalety techniki TFM istotne przy ocenie pęknięć zmęczeniowych:
- Proces zbierania danych jest prostszy w porównaniu z takimi metodami, jak ekstensometry, kamery i czujniki spadku potencjału (EPD), w których pęknięcie mierzy się na podstawie właściwości pośrednich i które zwykle wymagają szczególnie starannych przygotowań i kalibracji.
- Dokładne i wiarygodne pomiary. Okazało się, że wyniki uzyskane metodą TFM były nieco bardziej dokładne niż wyniki uzyskane za pomocą głowicy PA i ekstensometru.
- Dane są łatwiejsze do zinterpretowania i łatwiej dostępne ze względu na korzystną formę prezentacji, która wyraźnie uwidacznia orientację pęknięcia (kąt, stopień rozgałęzienia itd.), dostarczając inżynierom cennych informacji o jego rozchodzeniu się — nawet jeśli osoba interpretująca wynik nie jest ekspertem w dziedzinie badań ultradźwiękowych.
Oleg podkreślił znaczenie faktu, że „większa rozdzielczość i dokładność uzyskiwana przy użyciu metod FMC/TFM do badania konstrukcji wrażliwych na zużycie zmęczeniowe potencjalnie podnosi dokładność detekcji i pomiaru wielkości pęknięć zmęczeniowych, a to z kolei przekłada się na większą dokładność ocen trwałości użytkowej bazujących na pomiarach pęknięć”. 1
Inżynierowie w firmie EWI zamierzają kontynuować testy techniki TFM, aby lepiej uzasadnić powyższe spostrzeżenia i ocenić możliwość zastosowania jej do badania pęknięć zmęczeniowych o bardziej skomplikowanej geometrii. Jednak już pierwsze próby wskazują na to, że informacje uzyskiwane z pomocą techniki TFM mogą przyczyniać się do zwiększenia bezpieczeństwa eksploatacji infrastruktury i doskonalenia projektów konstrukcji.
1Volf, Oleg. EWI Technical Insights. „Crack Growth Monitoring with Phased Array Total Focusing Method (TFM)”. Lipiec 2020 r.
Powiązane treści
Wpis na blogu: Kontrole sworzni mostowych techniką Phased Array
Webinarium: Podstawowa wiedza na temat techniki Total Focusing Method (TFM)
