Temat projektu: Analiza zjawiska propagacji fal sprężystych w ośrodku o złożonej geometrii
Projekt 2019/35/N/ST8/01086 uzyskał finansowanie w ramach konkursu „PRELUDIUM-18" organizowanego przez Narodowe Centrum Nauki
Okres realizacji projektu: czerwiec 2020 – czerwiec 2023 (36 miesięcy) okres realizacji projektu został wydłużony do czerwca 2024 (48 miesięcy)
Budżet projektu: 210 000 zł
Zazwyczaj, mówiąc o falach mamy na myśli te, rozchodzące się na powierzchni wody. W przyrodzie występuje jednak wiele rodzajów fal. Znane są fale dźwiękowe, świetlne, elektromagnetyczne… Jedne możemy usłyszeć, inne zobaczyć, a jeszcze inne po prostu poczuć. Niektóre fale, by się rozprzestrzeniać, potrzebują specjalnych warunków; inne nie. Wśród całej gamy fal można wyszczególnić fale sprężyste, które są przedmiotem badań w tym projekcie.
Fale sprężyste rozchodzą się (propagują) w ośrodku sprężystym. Przykłady ośrodków sprężystych możemy znaleźć w naszym najbliższym otoczeniu. Jednym z nich mogą być wykorzystywane w budownictwie konstrukcje stalowe. Po wychyleniu fragmentu ośrodka z położenia równowagi, otaczające go cząsteczki zaczną drgać. Dzięki sprężystym właściwościom drgania będą przekazywane do dalszych jego fragmentów, zarówno po powierzchni, jak i w głąb materiału. Napotykając na różnego rodzaju przeszkody, defekty materiału czy krawędzie ośrodka fale odbijają się, zmieniając swój kierunek. Odbite fale nakładają się na siebie, a po pewnym czasie zanikają (na skutek tłumienia). Wówczas konstrukcja pozostaje w pierwotnym położeniu.
Obserwacja i analiza sposobu rozchodzenia się fali sprężystej może być źródłem informacji na temat stanu układu, w którym propaguje. Jest to jedna z nieniszczących technik pomiarowych wykorzystywana w monitorowaniu stanu różnego rodzaju konstrukcji (do wykrywania uszkodzeń w obiektach budowlanych, w badaniach poszycia samolotów, itd.). Jako technika nieniszcząca nie ingeruje w badaną konstrukcję. Niestety precyzyjny opis matematyczny fali sprężystej jest skomplikowany i obecnie ogranicza się właściwie do prostych przypadków płyty (elementu o dwóch wymiarach znacznie większych od trzeciego) lub pasma (elementu o jednym znaczącym wymiarze). Teoretyczne rozważania w zakresie uwzględnienie warunków podparcia badanego elementu są również ograniczone. Celem projektu jest obserwacja i lepsze zrozumienie natury zjawiska propagacji fali sprężystej w układzie o złożonej geometrii.
W celu realizacji projektu zakupiono 20 próbek będących wyizolowanymi węzłami ram, stosowanymi w typowych rozwiązaniach rzeczywistych konstrukcji inżynierskich. Próbki składają się z odcinków belek IPE 300 oraz fragmentów słupów z kształtowników HEB 160, które połączono ze sobą przy pomocy spoin. Ukształtowanie próbek daje szerokie możliwości badawcze. Pozwala między innymi na obserwację propagacji fali na odcinkach materiału o zmiennej grubości, krzywiźnie i zróżnicowanych warunkach podparcia.
W ramach projektu zakupiono również zestaw dwóch kamer wysokiej rozdzielczości wraz z obiektywami (wartość zestawu to prawie 63 000 zł), który stanowi uzupełnienie posiadanego przez Katedrę Mechaniki Konstrukcji zestawu Q400 Dantec Dynamics GmbH umożliwiającego pomiary metodą cyfrowej korelacji obrazu.
Dotychczasowe badania miały na celu określenie wpływu sposobu zamocowania wzbudnika na propagację fali sprężystej i dobór parametrów generowanego sygnału tak, aby wzbudzić falę o możliwie największej amplitudzie. Przeprowadzono pomiary fali propagującej wzdłuż środnika belki, a także w bezpośrednim otoczeniu wzbudnika.
| Przykład fali propagującej wzdłuż środnika |
| Przykład fali propagującej w bezpośrednim otoczeniu wzbudnika |
W ramach przygotowań do badań oraz realizacji projektu powstały następujące publikacje:
Ziaja, D.; Jurek, M. & Wiater, A. Elastic Wave Application for Damage Detection in Concrete Slab with GFRP Reinforcement Materials, MDPI AG, 2022, 15, 8523, https://www.mdpi.com/1996-1944/15/23/8523
O projekcie w TVP
https://rzeszow.tvp.pl/75993558/grant-na-badania-dla-naukowcow-politechniki-rzeszowskiej