Utafiti huu unatumia mbinu ya Critical Slowing Down (CSD) kwenye data za Acoustic Emission (AE) ili kutambua mapema na kwa namna yenye uhalisia zaidi hatua muhimu ambazo zege hupitia linapoharibika chini ya mbano, kuanzia mwanzo wa nyufa ndogo hadi ukuaji usio thabiti wa nyufa na hatimaye kushindwa kabisa.

Katika utafiti, nishati ya Acoustic Emission, AE counts na signal strength zimechaguliwa kama viashiria vikuu vya uharibifu. Variansi inayosogea ya ishara hizi katika madirisha ya muda yanayofuatana huhesabiwa, na ongezeko la ghafla la variansi hufasiriwa kama ishara kwamba mfumo unakaribia mabadiliko muhimu ya uharibifu.

Katika majaribio ya mbano wa mhimili mmoja yaliyofanywa kwa vipande vya zege vya umbo la mchemraba vya 150 mm kwa uwiano tatu tofauti wa maji/kiunganishi, kiashiria cha variansi kinachotegemea CSD kilitofautisha mwanzo wa nyufa ndogo, kuvunjika kwa subcritical na mpito kuelekea kushindwa. Hasa, Point C ya kuvunjika kwa subcritical ilitokea katika mchanganyiko yote mitatu karibu na %76–85 ya stress ya kilele, na chanzo kiliitathmini kama kiashiria cha kuaminika cha tahadhari ya mapema karibu na %80 ya stress ya kilele.

Ikilinganishwa na kiwango cha chini cha AE b-value, kiashiria cha kuvunjika kwa subcritical kinachotegemea CSD kilitoa tahadhari mapema zaidi. Kwa mchanganyiko mitatu, vipindi vya tahadhari vya CSD vilikuwa 60, 63 na 71 sekunde, ilhali tahadhari za kiwango cha chini cha b-value zilitokea tu 23, 28 na 6 sekunde mapema.

Hata hivyo, utafiti huu unatokana na jaribio la maabara la mbano wa mhimili mmoja kwenye vipande vidogo vya zege. Bado haijaonyeshwa kwamba viwango hivyo hivyo vya kizingiti na muda wa tahadhari vinatumika katika madaraja, majengo, vichuguu au miundo ya uwanjani ya kiwango kamili.

Acoustic Emission Hutambuaje Nyufa Ndani ya Zege?

Nyufa mpya zinapotokea ndani ya zege au nyufa zilizopo zinapoendelea, sehemu ya nishati elastiki iliyohifadhiwa katika nyenzo huachiliwa kama mawimbi mafupi ya stress. Mawimbi haya yanaweza kutambuliwa na vihisi vya piezoelectric vya Acoustic Emission.

Mfumo wa AE haurekodi ishara hii kama “kiwango cha sauti” kimoja tu. Vigezo vingi vya tabia vinaweza kutolewa kutoka tukio moja la AE.

Utafiti unachagua energy, counts na signal strength kutoka miongoni mwa vigezo hivi. Sababu ni kwamba viashiria hivi vitatu huwakilisha ukubwa, marudio na jumla ya maudhui ya nishati ya shughuli za nyufa kwa mitazamo tofauti.

Critical Slowing Down ni Nini?

Critical Slowing Down ni kupungua taratibu kwa kasi ambayo mfumo wa dinamiki hurudi kwenye hali yake ya awali ya usawa baada ya usumbufu unapokaribia mabadiliko muhimu ya hali.

Mfumo unapoanza kuondoka kwenye hali thabiti, mabadiliko madogo ya nasibu hudumu kwa muda mrefu zaidi. Kinadharia, hali hii ina matokeo mawili ya kawaida ya kitakwimu:

• vipimo vinavyofuatana kufanana zaidi, yaani autocorrelation kuongezeka;
• ukubwa wa mtikisiko na variansi ya kigezo cha hali kinachopimwa kuongezeka.

Kwa zege, wazo ni hili: mfumo wa nyufa unapokaribia mfumo mpya wa uharibifu, tabia ya kitakwimu ya ishara za AE inaweza kubadilika. Ikiwa variansi ya AE energy, counts au signal strength inaongezeka kwa kasi, mfumo unaweza kuwa unakaribia mpito muhimu wa uharibifu.

Utafiti unatumia kiashiria gani cha CSD?

Ingawa sehemu ya kinadharia inajadili autocorrelation na variansi, katika uchanganuzi wa majaribio kiashiria kikuu ni variansi inayosogea.

Mfululizo wa muda wa AE hugawanywa katika madirisha mafupi na variansi huhesabiwa ndani ya kila dirisha. Dirisha husogezwa katika muda ili kufuatilia jinsi variansi inavyobadilika katika kipindi cha upakiaji.

Katika utafiti:

Urefu wa dirisha = 100 AE hit

Hatua ya kusogeza = 10 AE hit

vilichaguliwa.

Sampuli za Zege Ziliandaliwaje?

Majaribio yalitumia sampuli za zege za umbo la mchemraba zenye urefu wa upande wa 150 mm.

Uwiano tatu tofauti wa maji/kiunganishi ulitumika:

Marudio matatu yaliandaliwa kwa kila mchanganyiko.

Zege Lilipakiwaje na AE Ikapimwaje Katika Jaribio?

Upakiaji wa mbano wa mhimili mmoja ulifanywa kwa udhibiti wa uhamisho katika mfumo wa majaribio ya mekaniki ya mwamba na zege wa RMT-201.

Vipimo vya AE na vya mekaniki vilianzishwa kwa wakati mmoja. Hivyo iliwezekana kulinganisha moja kwa moja kwa muda kiwango cha stress ambacho shughuli fulani ya nyufa ilitokea.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mbinu ya CSD Iligawanya Uharibifu wa Zege Katika Pointi Gani Muhimu?

Katika matokeo ya majaribio, pointi tatu kuu za mpito zinajitokeza hasa:

Point A — Mwanzo wa nyufa ndogo

Ongezeko la kwanza lililo wazi la variansi. Hufasiriwa kama pointi ambapo zege huhama kutoka hatua ya awali ya kubanwa kwa vinyweleo na shughuli ndogo ya AE kwenda kwenye ukuaji thabiti wa nyufa.

Point C — Kuvunjika kwa subcritical

Ongezeko la pili muhimu la variansi. Hutathminiwa kama pointi ambapo ukuaji thabiti wa nyufa hubadilika kuwa ukuaji usio thabiti wa nyufa.

Point E — Kushindwa

Ni mpito ambapo uwezo wa kubeba mzigo hupungua kwa kiasi kikubwa na uharibifu wa kiwango kikubwa huwa dhahiri.

Kwa nini mwanzo wa nyufa ndogo ni nyeti zaidi kwa mchanganyiko?

Uwiano wa maji/kiunganishi unapoongezeka, chanzo kinaonyesha kwamba muda na uwiano wa stress wa pointi ya mwanzo wa nyufa ndogo huongezeka.

Kulingana na maelezo ya waandishi, kiwango kikubwa cha maji kinaweza kuacha vinyweleo na kasoro zaidi za awali baada ya hydration. Kwa kuwa kubanwa kwa nafasi hizi katika sehemu ya kwanza ya upakiaji huchukua muda mrefu zaidi, mwanzo unaoonekana wa nyufa ndogo unaweza kusogea hadi kiwango cha juu zaidi cha stress.

Kwa nini Point C ni muhimu zaidi?

Wakati Point A inaonyesha microdamage ya awali, Point C inawakilisha mpito kutoka ukuaji thabiti wa nyufa kwenda kwenye hali ya kuvunjika isiyo thabiti.

Kwa hiyo, Point C ndiyo pointi kuu muhimu kwa tahadhari ya mapema.

Uwiano wa Point C wa mchanganyiko mitatu uko karibu na %76–85. Chanzo kinasisitiza kwamba huu ni kizingiti cha tahadhari ya mapema kinachojirudia karibu na %80 ya stress ya kilele.

Zege Linagawanywa Katika Hatua Ngapi za Uharibifu?

Hatua nne kuu zinazotumiwa katika matokeo ya majaribio na sehemu ya hitimisho ya chanzo ni hizi:

Katika sehemu ya awali ya mbinu ya kinadharia ya makala, kuna pia uainishaji wa kina zaidi wenye hatua tano. Kwa hiyo, chanzo kina maelezo mawili tofauti kuhusu idadi ya hatua. Muhtasari wa mwisho wa matokeo ya majaribio unategemea hatua nne kuu.

Kwa Nini Kuangalia Vigezo Ghafi vya AE Pekee Hakutoshi?

Katika historia za muda za energy, counts na signal strength, shughuli huongezeka kwa ujumla kadiri zege linavyokaribia kushindwa. Hata hivyo, ishara za AE kwa asili huwa za vipindi na zina mabadiliko ya nasibu.

Kwa hiyo, kuchunguza tu curve ghafi kwa macho kunaweza kuwa jambo la mtazamo binafsi katika kuamua ni lini mipito muhimu ilianza.

Mbinu ya CSD inalenga kutathmini upya data hizo hizo kupitia variansi inayosogea ili kufanya mabadiliko ya ghafla ya usambazaji yaonekane wazi zaidi.

Kulingana na ulinganisho wa chanzo, ingawa mwanzo wa nyufa ndogo na kushindwa kwa mwisho vinaweza kuonekana pia katika vigezo ghafi vya AE, kuvunjika kwa subcritical Point C ni vigumu zaidi kutofautisha katika mfululizo wa muda wa vigezo vya kawaida.

Tofauti Kati ya b-Value na Mbinu ya CSD ni Nini?

Uchanganuzi wa AE b-value huchunguza usambazaji wa amplitudo za matukio ya AE kupitia uhusiano wa log-lineari unaofanana na Gutenberg–Richter.

b-value ya juu inaweza kuhusishwa na usambazaji unaotawaliwa zaidi na nyufa ndogo, ilhali b-value ya chini inaweza kuhusishwa na kuongezeka kwa shughuli za nyufa kubwa.

Katika utafiti, b-value iliongezeka mwanzoni, kisha ikapungua kwa kasi hadi kiwango cha chini na baada ya kushindwa ikabadilika karibu na 1.

Thamani za chini kwa makundi matatu ziliripotiwa kama:

0,20 — 0,19 — 0,41

.

Hata hivyo, kiwango cha chini cha b-value hutokea baadaye kuliko Point C iliyotambuliwa kwa CSD.

CSD Ilipeleka Tahadhari ya Mapema Mbele kwa Kiasi Gani?

Thamani hizi zinaonyesha muda uliobaki kutoka pointi ya tahadhari hadi stress ya kilele.

Hasa katika kundi la RW/B=0,50, kiwango cha chini cha b-value kilitoa ishara mapema kwa sekunde 6 tu, wakati Point C ilitoa muda wa tahadhari ya mapema wa sekunde 71.

Tahadhari huja katika kiwango gani cha mzigo?

Kwa Point C, chanzo kinatoa wastani wa:

Stress ya tahadhari / stress ya kilele ≈ %80,85

.

Kwa kiwango cha chini cha b-value, uwiano huu ni:

≈ %97,02

.

Kwa hiyo, wakati kiwango cha chini cha b-value kinapotokea, zege huwa tayari limekaribia zaidi uwezo wake wa kilele wa kubeba mzigo.

Je, Mbinu Hii Inaweza Kutumika Kwenye Daraja au Jengo Halisi?

Chanzo kinasema kuwa ina uwezo wa kutumika; hata hivyo, bado si matumizi ya uwanjani yaliyothibitishwa.

Katika utafiti huu:

• vipande vidogo vya zege vya umbo la mchemraba;
• mzigo wa mhimili mmoja unaodhibitiwa;
• mpangilio wa vihisi vya maabara;
• michanganyiko maalum ya zege

vilitumika.

Katika miundo halisi, trafiki, halijoto, unyevunyevu, stress ya mihimili mingi, nondo, vyanzo tofauti vya nyufa na kelele za mazingira vinaweza kufanya ishara za AE kuwa changamano zaidi.

Lengo la waandishi kwa kazi ya baadaye pia ni uthibitishaji katika miundo ya kiwango kamili na chini ya hali tofauti za upakiaji.

Hitimisho zinazoungwa mkono na utafiti

• Variansi ya AE energy, counts na signal strength inaweza kubadilika kwa kiasi kinachoonekana kadiri zege linavyokaribia mipito muhimu ya uharibifu.
• Uchanganuzi wa variansi kwa dirisha linalosogea unaweza kufanya mipito muhimu ionekane kwa utaratibu zaidi kuliko katika mfululizo ghafi wa muda wa AE.
• Mwanzo wa nyufa ndogo, kuvunjika kwa subcritical na pointi za kushindwa zilitenganishwa katika majaribio.
• Kuvunjika kwa subcritical Point C kulitokea katika mchanganyiko mitatu karibu na %76–85 ya stress ya kilele.
• Point C ilitoa tahadhari mapema zaidi kuliko kiashiria cha kiwango cha chini cha b-value.
• Hatua za uharibifu zilizotambuliwa kwa CSD kwa ujumla zinaendana na vigezo vya kawaida vya AE na mielekeo ya b-value.

Hitimisho ambazo utafiti hauungi mkono

• Haijaonyeshwa kwamba %80 ya stress ya kilele ni kizingiti cha jumla cha kushindwa kwa aina zote za zege.
• Haijaonyeshwa kwamba muda wa tahadhari wa sekunde 60–71 utapatikana vivyo hivyo katika miundo halisi.
• Haiwezi kusemwa kwamba mbinu ya CSD imethibitishwa katika kiwango cha uwanja kwenye madaraja, majengo au vichuguu.
• Haijaonyeshwa kwamba mbinu ya b-value kwa ujumla haina matumizi; utafiti unaonyesha tu kwamba katika majaribio haya CSD ilitoa tahadhari mapema zaidi.
• Haijaonyeshwa kwamba ongezeko la variansi chini ya kila hali husababishwa tu na ukuaji wa nyufa za zege.
• Makala si kiwango cha mwisho cha mbinu kilichopitia mapitio ya rika.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Kichwa asilia:Damage Evolution Analysis of Concrete Based on Critical Slowing Down Characteristic of Acoustic Emission Parameters.

Waandishi: Jian Liang, Yuxuan Shi, Qian Ma, Weiwei Xie, Bo Yu.

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti ya SSRN preprint.

SSRN: 6963435.

Hali ya mapitio ya rika: PDF imewekewa alama wazi ya “Preprint not peer reviewed”.

Eneo la utafiti: Mekaniki ya uharibifu wa zege, Acoustic Emission, upimaji usioharibu na ufuatiliaji wa afya ya miundo.

Sampuli ya jaribio: Vipande vya zege vya umbo la mchemraba vya 150 mm.

Michanganyiko: Uwiano wa maji/kiunganishi 0,40, 0,45 na 0,50; marudio matatu kwa kila mmoja.

Upakiaji: Mbano wa mhimili mmoja, unaodhibitiwa kwa uhamisho, 0,005 mm/s.

Mfumo wa kurekodi AE: Physical Acoustics Corporation Micro-II Digital AE System.

Uchukuaji sampuli: 1 MHz.

Kizingiti cha utambuzi: 45 dB.

Vigezo vya AE vilivyochanganuliwa: Energy, counts na signal strength.

Kigezo cha CSD: Variansi inayosogea iliyohesabiwa kwa dirisha la 100-hit na hatua ya kusogeza ya 10-hit.

Kiashiria kikuu cha tahadhari ya mapema: Point C — kuvunjika kwa subcritical.

Uwiano wa stress wa Point C: %75,76, %85,18 na %81,59.

Vipindi vya tahadhari ya mapema vya CSD: 60, 63 na 71 sekunde.

Vipindi vya tahadhari ya mapema vya kiwango cha chini cha b-value: 23, 28 na 6 sekunde.

Maelezo ya mbinu ndani ya chanzo: Sehemu ya metodolojia ya kinadharia inaeleza hatua tano za uharibifu, ilhali matokeo ya majaribio na sehemu ya Conclusion hutumia hatua nne kuu za uharibifu. Verianla haijabadilisha kimya kimya maelezo haya mawili kuwa uainishaji mmoja.

Kazi ya baadaye: Miundo ya kiwango kamili, hali tofauti za upakiaji na ujumuishaji na mbinu nyingine za upimaji usioharibu.

Mgongano wa maslahi: Waandishi hawajaripoti mgongano wowote unaojulikana wa kifedha au binafsi.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba baadhi au data zote, modeli na msimbo zinaweza kupatikana kutoka kwa mwandishi anayewajibika kwa ombi lenye sababu.

Ufadhili: Inner Mongolia University of Science and Technology Keju Plan; National Natural Science Foundation of China; Guangxi Key Research and Development Project; Guangxi Science and Technology Major Project.

Leseni: Kwa kuwa hakuna leseni wazi ya Creative Commons inayoweza kuthibitishwa kwenye preprint iliyopakiwa, haki ya matumizi ya wazi haijachukuliwa kuwa ipo.

Maelezo ya mbinu ya Verianla: Maudhui haya si tafsiri ya aya kwa aya ya preprint ya chanzo. Nadharia ya CSD, mpangilio wa jaribio, vigezo vya AE, pointi muhimu za mpito, utendaji wa tahadhari ya mapema, ulinganisho wa b-value na mipaka ya utafiti vimepangwa upya katika muundo huru wa kufundisha. Matokeo ya maabara hayajawasilishwa kama vizingiti vya jumla vilivyothibitishwa katika miundo halisi ya uwanjani.