Acoustic emission in monitoring composite bridge structures

• Autorzy: Karczewski R. , Gołębiowski Ł. , Molak R. , Płowiec J. , Spychalski W. L.

Warianty tytułu

PL

Monitorowanie kompozytowych obiektów mostowych z zastosowaniem metody emisji akustycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The studies carried out were aimed at developing guidelines for the procedure of employing the Acoustic Emission (AE) method for ensuring the required manufacturing quality and operating safety of composite bridge structures. For the studies, the experience gathered in the studies of thin-walled components made for the aeronautics, automotive and boatbuilding sectors was used. The focus was components with a significant thickness (14÷16 mm) which are, by their nature, less homogeneous and can have more defects when compared to thin-walled composites. The studies carried out for the purpose of this work demonstrate the system for the acceptance tests of composite structures. The demonstrator model in question was developed based on laboratory tests of composite components and of parts of a prototypical structure under load, as described in this work. The recorded acoustic signals were analyzed using software enabling the authors to analyze numerous parameters of the signals and to locate the recorded acoustic emission artifacts. The developed procedures were verified in AE tests in four-point bending of a prototype composite beam with the length of 15.3 m. The nominal operating load and loads significantly exceeding the operating conditions were applied for the tests. The results obtained enabled the authors to study the destruction of composite beams. Based on the signal analyses, the sites of local composite damage were identified and the stage when the global structure damage took place was foreseen. Multiparameter analysis of the recorded acoustic signals made it possible to determine the kinetics of defect growth. The results of the tests carried out for this work helped to develop guidelines for the procedure of acoustic emission testing for composite road bridges at the stage of handing them over for use and in the periodic monitoring period for the used bridge structure.

PL

Przeprowadzone badania miały na celu opracowanie wytycznych do procedury stosowania metody emisji akustycznej (AT) do zapewnienia wymaganej jakości produkcji oraz bezpieczeństwa eksploatacyjnego kompozytowych obiektów mostowych. W badaniach wykorzystano doświadczenia zebrane w badaniach cienkościennych elementów wytwarzanych na potrzeby lotnictwa, motoryzacji i szkutnictwa. Uwagę skupiono na badaniach elementów cechujących się znaczną grubością (14÷16 mm), które z natury rzeczy są mniej jednorodne i mogą zawierać więcej wad w porównaniu do kompozytów cienkościennych. Badania przeprowadzone w ramach pracy stanowią demonstrator systemu do badań odbiorczych obiektów kompozytowych. Przedmiotowy demonstrator opracowano na podstawie badań laboratoryjnych elementów kompozytowych i badań fragmentów prototypowej konstrukcji w warunkach obciążenia, opisanej w tej pracy. Do analizy zarejestrowanych sygnałów akustycznych zostało wykorzystane oprogramowanie pozwalające na wieloparametryczną analizę parametrów sygnałów oraz lokalizację rejestrowanych zdarzeń emisji akustycznej. Opracowane procedury poddano weryfikacji w badaniach AT podczas czteropunktowego zginania prototypowej belki kompozytowej o długości 13,5 m. W toku badań stosowano nominalne obciążenia eksploatacyjne oraz obciążenia znacznie przekraczające warunki eksploatacji. Uzyskane wyniki pozwoliły na zbadanie procesu zniszczenia belek kompozytowych. Na podstawie analizy sygnałów zidentyfikowano miejsca lokalnego zniszczenia kompozytu oraz przewidziano etap, w którym doszło do globalnego zniszczenia konstrukcji. Analiza wieloparametryczna zarejestrowanych sygnałów akustycznych pozwoliła na określenie kinetyki wzrostu uszkodzeń. Wyniki badań przeprowadzonych w ramach pracy pozwoliły na opracowanie wytycznych do procedury badania metodą emisji akustycznej kompozytowych obiektów drogowych na etapie oddawania do eksploatacji oraz w czasie monitoringu okresowego - eksploatowanego obiektu mostowego.

Słowa kluczowe

EN

reinforced fiber polymers; acoustic emission; composite bridge structures

PL

kompozyty włókniste o osnowie polimerowej; emisja akustyczna; kompozytowe obiekty mostowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 2
• Strony: 112--116
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Karczewski R.

• Warsaw University of Technology, The Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Gołębiowski Ł.

• Warsaw University of Technology, The Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Molak R.

• Warsaw University of Technology, The Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Płowiec J.

• Warsaw University of Technology, The Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Spychalski W. L.

• Warsaw University of Technology, The Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Velat J., First CFRP bridge in the USA research Record Michigan Researchers and Consultants Using Tomorrow’s Technology Today, Construction and Technology 2003, 97, February.
• [2] CFRP bridges win awards, Reinforced Plastics 2001, 45, 1, January, 13.
• [3] Building better bridges with CFRP, Reinforced Plastics 1998, 42, 3, 44-45, 47.
• [4] Hoffard T.A., Malvar L.J., Fiber-reinforced polymer composites in bridges: a state-of-the-art report, Naval Facilities Engineering Service Center, May 2005.
• [5] Miller R.K., Hill E., Nondestructive Testing Handbook, Vol. 6, Acoustic Emission Testing, ASNT, Columbus 2005.
• [6] Sikorski W., Acoustic Emission - Research and Applications, InTech, 2013.
• [7] Pahlavanl P.L., Paulissen J., Pijpers R., Hakkesteegt H., Jansen R., Acoustic emission health monitoring of steel bridges, 7th European Workshop on Structural Health Monitoring, July 8-11, 2014. La Cité, Nantes, France.
• [8] EN 1330-9:2009, Non-destructive testing. Terminology. Part 9: Terms used in acoustic emission testing.
• [9] EN 15857:2010, Non-destructive testing - Acoustic emission - Testing of fibrereinforced polymers - Specific methodology and general evaluation criteria.