Pressure Stimulated Currents Μια πειραματική τεχνική ανάδειξης της επερχόμενης θραύσης υλικών

Transcript

1 Pressure Stimulated Currents Μια πειραματική τεχνική ανάδειξης της επερχόμενης θραύσης υλικών Ερευνητική ομάδα : Δήμος Τριάντης, Καθηγητής, Διευθυντής του Εργαστηρίου Κίμων Αναστασιάδης, Καθηγητής Ηλίας Σταύρακας, Αναπληρωτής Καθηγητής Κωνσταντίνος Μουτζούρης, Επίκουρος Καθηγητής Αντώνης Κυριαζόπουλος, Επίκουρος Καθηγητής Γιώργος Χλούπης, Καθηγητής Εφαρμογών Χαράλαμπος Στεργιόπουλος, Ηλεκτρονικός Μηχανικός, MSc, Υποψήφιος Διδάκτορας

2 PSC: Μια εργαστηριακή πειραματική τεχνική, που αναδεικνύει ηλεκτρικές εκπομπές, όταν δοκίμια υλικών: φυσικοί λίθοι υλικά βασισμένα σε τσιμέντο υπόκεινται σε μηχανική καταπόνηση με εφαρμογή θλιπτικού φορτίου καμπτικού φορτίου και δίνει τη δυνατότητα να συσχετιστούν οι ηλεκτρικές καταγραφές με τη μηχανική κατάσταση του υπό μελέτη δοκιμίου Η μέθοδος μπορεί να συνδυαστεί με τις αντίστοιχες ακουστικές εκπομπές (AE) με δυνατότητα συσχέτισης PSC - AE.

3 Εποπτικό διάγραμμα της Πειραματικής Τεχνικής PSC : Α. Με εφαρμογή θλιπτικού μηχανικού φορτίου [1] [1] D. Triantis, C. Anastasiadis, and I. Stavrakas, The correlation of electrical charge with strain on stressed rock samples, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 8, , Β: Με εφαρμογή καμπτικού μηχανικού φορτίου (Three Point Bending Technique 3PBT) [2] [2] C. Stergiopoulos, I. Stavrakas, G. Hloupis, D. Triantis, F. Vallianatos, Electrical and Acoustic Emissions in cement mortar beams subjected to mechanical loading up to fracture, Engineering Failure Analysis, Volume 35, 15 December 2013, Pages

4 1. Ενδεικτική χρονική καταγραφή ηλεκτρικού σήματος κατά την εφαρμογή αξονικού θλιπτικού φορτίου με: Α) σταθερό ρυθμό αύξησης του φορτίου σε δοκίμια μαρμάρου μέχρι την αστοχία του υλικού [3]. Ταυτόχρονη απεικόνιση της παραμόρφωσης (καμπύλη b). Παρατηρείται έντονη αύξηση του PSC σήματος (καμπύλη a) όταν η παραμόρφωση αποκλίνει από τη γραμμικότητα (είσοδος στην πλαστική περιοχή). Β) σταθερό ρυθμό αύξησης της μετατόπισης σε δοκίμια μαρμάρου μέχρι την αστοχία του υλικού [4]. Ταυτόχρονη απεικόνιση της μεταβολής του κανονικοποιημένου φορτίου (καμπύλη b). Παρατηρείται έντονη αύξηση του PSC σήματος (καμπύλη a) όταν το κανονικοποιημένο μηχανικό φορτίο αποκλίνει από τη γραμμικότητα. [3] D. Triantis, C. Anastasiadis, and I. Stavrakas, The correlation of electrical charge with strain on stressed rock samples, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 8, , 2008 [4] Cimon Anastasiadis, Ilias Stavrakas, Dimos Triantis and Filippos Vallianatos, Correlation of pressure stimulated currents in rocks with the damage parameter, Annals of Geophysics, Vol. 50, N. 1, February 2007, pp. 1-6.

5 2. Η συσχέτιση των τιμών του PSC σήματος με την Damage parameter D, του υλικού (μάρμαρο) για: Α) επιβολή μηχανικού φορτίου με σταθερό ρυθμό αύξησης (καμπύλη a) Β) επιβολή μηχανικού φορτίου με σταθερό ρυθμό αύξησης της παραμόρφωσης (καμπύλη b). Στο διάγραμμα παρατηρείται γραμμική σχέση του PSC σε συνάρτηση με την Damage Parameter για τιμές 0<D<0.8. [5] a b [5] Cimon Anastasiadis, Ilias Stavrakas, Dimos Triantis and Filippos Vallianatos, Correlation of pressure stimulated currents in rocks with the damage parameter, Annals of Geophysics, Vol. 50, N. 1, February 2007, pp. 1-6.

6 3. Ενδεικτική καταγραφή ηλεκτρικού σήματος κατά την εφαρμογή αξονικού θλιπτικού φορτίου με σταθερό ρυθμό αύξησης σε δοκίμια τσιμέντου. Παρατηρείται παρόμοια συμπεριφορά με την αντίστοιχη καταγραφή που παρουσιάστηκε για δοκίμια μαρμάρου. Η ουσιαστική παρατήρηση αφορά στις τιμές του PSC οι οποίες σε δοκίμια τσιμέντου είναι σημαντικά υψηλότερες [6]. [6] A. Kyriazopoulos, C. Anastasiadis, D. Triantis, C.J. Brown, Non-destructive evaluation of cement-based materials from pressure-stimulated electrical emission Preliminary results, Construction and Building Materials 25 (2011)

7 4. Καταγραφή ηλεκτρικού σήματος σε δείγματα τσιμέντου κατά την εφαρμογή αξονικού θλιπτικού φορτίου με σταθερό ρυθμό αύξησης μέχρι το 70% της αντοχής του υλικού και σταθεροποίηση του φορτίου στην τιμή σh μέχρι την αποκατάσταση του PSC [7]. Παρατηρείται απότομη αύξηση του PSC σήματος όταν η παραμόρφωση αποκλίνει από τη γραμμικότητα ενώ μόλις σταματήσει η μεταβολή του μηχανικού φορτίου στην τιμή σh το PSC σταδιακά αποκαθίσταται σε μία σταθερή τιμή. 5. Οι παράμετροι αποκατάστασης του PSC σήματος σχετίζονται με την τιμή σh [8]. Αξιοποιώντας τις τιμές των παραμέτρων αποκατάστασης σε σχέση με την τιμή σh κατέστη δυνατή η εκτίμηση του ορίου θραύσης. ση [7] D. Triantis I. Stavrakas A. Kyriazopoulos, G. Hloupis Z. Agioutantis, Pressure stimulated electrical emissions from cement mortar used as failure predictors, Int J Fract (2012) 175:53 61 DOI /s [8] Alex Alexandridis, Dimos Triantis, Ilias Stavrakas, Charalampos Stergiopoulos, A neural network approach for compressive strength prediction in cement-based materials through the study of pressure-stimulated electrical signals, Construction and Building Materials Volume 30, May 2012, Pages

8 6. Ενδεικτική καταγραφή ηλεκτρικών σημάτων στην εφελκυόμενη (διακεκομμένη γραμμή) και στη θλιβόμενη ζώνη (συνέχόμενη γραμμή) κατά την εφαρμογή δύο απότομων βηματικών αυξήσεων του καμπτικού μηχανικού φορτίου σε δοκούς δοκιμίων βασισμένων σε τσιμέντο [9]. [9] A. Kyriazopoulos, C. Anastasiadis, D. Triantis, C.J. Brown, Non-destructive evaluation of cement-based materials from pressure-stimulated electrical emission Preliminary results, Construction and Building Materials 25 (2011)

9 7. Ενδεικτική καταγραφή PSC σήματος και κατά την εφαρμογή καμπτικού μηχανικού φορτίου με σταθερό ρυθμό αύξησης σε δοκούς τσιμέντου με παράλληλη απεικόνιση του ρυθμού εμφάνισης ακουστικών συμβάντων ανά μονάδα χρόνου (1s) [10,11]. [10] Πρόγραμμα «ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙΙ» Ενίσχυση ερευνητικών ομάδων στο ΤΕΙ-Αθήνας, «Μη καταστρεπτική αξιολόγηση υλικών βασισμένων σε τσιμέντο μελετώντας ασθενή ηλεκτρικά σήματα διεγειρόμενα από μηχανική κρουστική φόρτιση», Υποέργο 22. [11] C. Stergiopoulos, I. Stavrakas, G. Hloupis, D. Triantis, F. Vallianatos, Electrical and Acoustic Emissions in cement mortar beams subjected to mechanical loading up to fracture, Engineering Failure Analysis, Volume 35, 15 December 2013, Pages

10 8. Καταγραφή PSC σημάτων σε μεγάλης κλίμακας σύνθετα συστήματα φυσικών δομικών λίθων (μάρμαρο) ανάλογων με εκείνα που χρησιμοποιούνται για την αποκατάσταση αρχαίων μνημείων και η συσχέτιση τους με ακουστικές εκπομπές κατά την εφαρμογή διατμητικού μηχανικού φορτίου [12,13]. [12] Πρόγραμμα «Ενίσχυση της ιεπιστηµονικής - ιιδρυµατικής έρευνας και καινοτοµίας (ΘΑΛΗΣ)», Ανάπτυξη και αξιολόγηση καινοτόµων πειραµατικών τεχνικών για τη µελέτη της µηχανικής συµπεριφοράς φυσικών δοµικών λίθων µε εφαρµογές στη συντήρηση µνηµείων της Πολιτιστικής Κληρονοµιάς. [13] G. Hloupis, I. Stavrakas, D. Triantis, E.D. Pasiou, S.K. Kourkoulis, Electrical current and Acoustic Emissions when marble specimens subjected to compressive mechanical loading. 30th Symposium on advances in experimental mechanics, Danubia-Adria, September 2013.

11 9. Εκτίμηση της θέσης έναρξης και διάδοσης αστοχιών σε δοκίμια μαρμάρου με την καταγραφή PSC σημάτων 2 διαδοχικοί κύκλοι φόρτισης σε δοκούς μαρμάρου με το μηχανικό φορτίου να πλησιάζει την αντοχή του δοκιμίου. Στα δοκίμια τοποθετήθηκαν πολλαπλοί αισθητήρες PSC σήματος και η ένταση των PSC σημάτων συσχετίστηκε με τη θέση που αυτά ανιχνεύονται στο δοκίμιο. Στο σχήμα ο χρωματικός κώδικας που αποτυπώνει το μέγεθος του PSC σήματος δείχνει τη θέση ανάπτυξης και εξέλιξης των αστοχιών [14,15]. t(s) t(s) [14] Πρόγραμμα «Ενίσχυση της ιεπιστηµονικής - ιιδρυµατικής έρευνας και καινοτοµίας (ΘΑΛΗΣ)», INTEGRATED UNDERSTANDING OF SEISMICITY, USING ΙNNOVATIVE METHODOLOGIES OF FRACTURE MECHANICS ALONG WITH EARTHQUAKE AND NON EXTENSIVE STATISTICAL PHYSICS - APPLICATION TO THE GEODYNAMIC SYSTEM OF THE HELLENIC ARC. [15] I. Stavrakas, D. Triantis, G. Hloupis, K. Moutzouris, C. Anastasiadis, MONITORING SPATIAL DAMAGE DEVELOPMENT THROUGH ELECTRICAL CURRENT AND ACOUSTIC EMISSION DETECTION WHEN MARBLE SPECIMENS ARE SUBJECTED TO MECHANICAL LOADING, 8 th INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCED COMPUTATIONAL ENGINEERING AND EXPERIMENT, ACEX 2014, 30 th JUNE-3 rd JULY, 2014 PARIS - FRANCE