SE440829B - Sett att detektera sprickforekomst, sprickbildning och spricktillvext i konstruktioner - Google Patents

Description

8005965-7 10 15 20 25 30 tid kan man förvänta sig att bestämmelserna rörande förebyggande kontroll kan komma att skärpas.

Ett känt sprickdetekteringssystem, som möjliggör kontinuerlig detekte- ring av sprickbildning och spricktillväxt utnyttjar det kända fenomenet, att sprickbildning och spricktillväxt ger upphov till akustisk emission i konstruktionsmaterialet. Genom att på ytan av konstruktionselementet anbringa ett antal för den av sprickan orsakade akustiska emissionen känsliga givare och registrera och analysera de signaler som givarna avger i beroende av akustisk emission, samt tidsskíllnaderna mellan de olika givarnas registreringar, har en noggrann detektering av läge och tillväxt även av mycket små sprickor i konstruktionselementet möjlig- gjorts.

En nackdel med nämnda kända sprickdetekteringssystem är, att givarna måste anbringas på ytan av det konstruktionselement som skall provas, varför man på förhand måste bestämma sig för vilka partier av konstruk- tionen sdm skall göras till föremål för sprickdetektering. Också vid tillämpning av denna kända metod på konstruktioner med komplex uppbygg- nad t ex off-shore plattformar har man därför varit nödsakad att på för- hand utvâlja ett begränsat antal observationspunkter, som bedömts vara särskilt utsatta ur spricksynpunkt. Det skulle nämligen ställa sig alltför dyrbart och praktiskt svårgenomförbart att utnyttja den nämnda kända metoden för att anordna en heltäckande sprickdetektering på alla i plattformen ingående bärande konstruktionselement.

Föreliggande uppfinning har till ändamål att anvisa ett sätt för sprick- detektering som visserligen baseras på registrering och analys av akus- tisk emission från en spricka, men som icke är behäftat med ovan be- rörda nackdelar och som således möjliggör en kontinuerlig och heltäckande sprickdetektering även vid komplexa konstruktioner, under utnyttjande av endast ett fåtal givare.

Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen genom de åtgärder som angivits i efterföljande patentkrav.

Uppfinningen beskrives närmare i anslutning till ett utföringsexempel illustrerat på bifogade figurer. 10 15 20 25 30 8005963-7 Fig 1 illustrerar uppfinningens tillämpning vid en schematiskt visad off-shore plattform, i vars ben en spricka inmarkerats.

Fig 2 visar ett principiellt blockschema för behandling av de från givarna erhållna signalerna.

Uppfinningen baseras på den insikten, att sprickbildning och sprick- tillväxt ger upphov till akustisk emission icke blott i det konstruk~ tionselement i vilket sprickan uppträder utan också i angränsande medium. Befínner sig konstruktionselementet i ett gasformigt medium t ex luft emitteras akustiska svängningar till den konstruktionsele- mentet omgivande luften och om konstruktionselementet är Qmgivet av vätska t ex vatten, så som är fallet vid off-shore plattformar, emitteras akustiska svängningar till det konstruktionselement om- givande vattnet. Enligt uppfinningen anbringar man i det medium som gränsar till eller omger konstruktionen ett antal givare för uppmätning av akustisk emission från en spricka till mediet. Registrering och ana» lys av signalerna från givarna möjliggör därvid en bestànning av emi- sionskällans läge relativt givarna. Är konstruktionselementet omgivet av ett gasformígt medium t ex luft användes mikrofoner som givare. Är det medium som konstruktíonselementet gränsar till en vätska t ex vattenlanvändes hydrofoner som givare.

Givarna placeras på ett inbördes avstånd från varandra i noggrant definierade lägen relativt den konstruktion som skall provas. Sig- nalerna från givarna överföras till ett signalanalyssystem i en dator i vilken givarnas placering i förhållande till konstruktionen inpro- grammerats. Företrädesvís är också konstruktionens geometri inpro~ graxnmerad i datorn så att den detekterade sprickans direkt kan presenteras i form av avstånd till valda fixpunkter í konstruktionen.

Sättet enligt uppfinningen förutsätter användning av minst två givare.

En uppmätning av tidsskillnaden mellan de båda givarnas registrering av de från en spricka emitterade akustiska svängningarna möjliggör en matematisk bestämning av en hyperboloid så beskaffad, att en emissionskälla belägen i vilken som helst punkt på nämnda hyperboloid ger upphov till den uppmätta tidsdifferensen mellan givarnas registre- ringar. Det snitt där denna hyperboloid skär ett konstruktionselemßnt 10 15 20 25 8Û05963-7_ representerar således ett snitt, i vilket sprickan kan föreligga. Om hyperboloiden skär endast ett konstruktionselement, måste den spricka från vilken den akustiska emissionen härrör vara belägen i detta snitt.

En närmare bestämning av sprickans läge erhålles om man registrerar den akustiska emissionen från tre givare. Tidsdifferenserna mellan givarnas registreringar möjliggör då bestämning av en linje, som utgör skär- ningslinjen mellan två hyperboloider, och som är så beskaffad att en emissionskälla belägen i vilken som helst punkt på linjen ger upphov till de uppmätta tidsdifferenserna mellan givarnas registreringar.

Där denna linje skär konstruktionen kan alltså emissionskâllan d v s sprickan vara belägen. Om linjen skär konstruktionen på endast ett ställe måste sprickan vara belägen på denna skärningslínje med konstruk- tionen.

Vid den föredragna utföringsformen enligt uppfinningen användes emellertid fyra givare. Tídsskillnaderna mellan givarnas registrering av de från en spricka emitterade akustiska svängningarna möjliggör näm- ligen bestämning av emissionskällans läge till en punkt, som utgör skärningspunkten mellan två linjerkvilka i sin tur var och en utgör skârningslinjen mellan två hyperboloider. Användning av fyra givare ger således en exakt bestämning av emissionskällans d v s sprickans av- stånd och riktning från givarna.

I fig 1 illustreras ytterst schematískt en tillämpning av uppfinningen vid en i vatten nedsänkt plattformskonstruktiun 1. Plattformskonstruk- tionen innefattar dels ett fundament 2 för i figuren icke visad utrust- ningädels tre, fundamentet uppbärande ben 3, H och 5, som sträcker sig ned i och âr omgivna av vatten. I ett noggrant bestämt läge i förhål- lande till plattformskonstruktionen är anordnad en i vattnet nedsänkt gívarenhet 6, innefattande fyra hydrofoner 7, 8, 9, 10, på inbördes väl definierade avstånd från varandra. Hydrofonernas akustiska egenskaper 10 15 20 25 8005963-7 måste vara så valda, att en uppmätning av frekvenser inom en väsentlig del av frekvensområdet för den akustiska emissionen från en spricka möjliggöres. Givarenheten 6 och därmed var och en av hydrofonerna T - 10 är medelst signalöverförande kablar anslutna till en dator 11 på plattformsfundamentet, så att signaler från hydrofonerna Y - 10 matas in i datorn 11 för behandling och analys av signalerna.

Om en spricka 12 uppträder i benet 3 ger sprickan upphov till emission av akustiska svängningar dels i benet 3, men också i vattnet som omger benet. De akustiska svängningarna registreras i tur och ordning av hydro« fonerna T, 8, 10 och 9 med tidsintervallen tl - t), tg - to och t: en signalanalys utföres för bestämning av emissionskällans, d v s - to. Signalerna från hydrofonerna T - 10 matas in i datorn 11, där spríckans 12 läge relativt givarenheten 6. Om också plattfonnskonstruk~ tionens 1 geometri lagrats i datorn 11 erhålles genom signalanalysen en direkt angivelse av spríckans 12 läge i förhållande till en vald fix- punkt t ex hörnet 13 på plattformskonstruktionen.

Signalbehandlingen illustreras på det i fig 2 visade blockschemat. Síg~ nalerna från givarna, som kan utgöras av mikrofoner eller hydrofoner, förstärkas i en förstärkare och ledes därefter genom ett filter, där bakgrundsbrus och ovidkommande störningssígnaler filtreras bort. De från filtret kommande analoga signalerna omvandlas till digital form i en A/D-omvandlare och matas därefter in i datorn för signalanalys med ett signalanalysprogram. Program för sådan signalanalys är i prin~ cip kända och användes i tidigare kända sprickdetekteríngssystem ba~ serade på analys av akustisk emission. Resultatet visas på en skrivare, där man således kontinuerligt kan avläsa den aktuella spricksituationen.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 40 soo596s-7 6 PATENTKRAV

1. Sätt att företrädesvis kontinuerligt detektera sprick- förekomst, sprickbildning och spricktillväxt i konstruktioner genom registrering och analys av akustisk emission, dvs tran- sient elastisk vâgbildning alstrad av hastig frigöring av energi i ett material som belastas över sin elasticitetsgräns, som nämnda spricka ger upphov till i konstruktionsmaterialet, k ä n n e t e c k n a t av att för registrering av nämnda akus- tiska emission anbringas i det konstruktionen angränsande mediet minst två för den akustiska emissionen känsliga kännarorgan på inbördes avstånd från varandra och i noggrant definierade lägen relativt konstruktionen; att tidsskillnaden mellan kännarorganens registreringar av nämnda akustiska emission uppmätes; samt att nämnda tidsskillnader utnyttjas för bestämning av sprickans läge. »

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av ' att tidsskillnaderna mellan minst fyra kännarorgans registrering av nämnda akustiska emission uppmätes, samt att nämnda tidsskill- nader utnyttjas för bestämning av såväl avstånd som riktning till nämnda spricka.

3. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att signalerna från kännarorganen matas in i ett signalanalys- system i en dator, i vilken kännarorganens läge i förhållande till konstruktionen inprogrammerats.

4. Sätt enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t av att också geometrin för den för provning avsedda konstruktionen inprogrammerats i datorn. l

5. Sätt enligt något av föregående patentkrav för sprick- detektering i en konstruktion, som står i kontakt med en vätska, k ä n n e t e c k n a t av att för registrering av till vätskan från en spricka emitterade akustiska svängningar utnyttjas ett antal, företrädesvis fyra, i vätskan nedsänkta hydrofoner.

6. Sätt enligt något av patentkraven 1 - 4 för sprickdetek- tering i en konstruktion, som står i kontakt med ett gasformigt medium t ex luft, k ä n n e t e c k n a t av att för registrering av till det gasformiga mediet från en spricka emitterade akustis- ka svängningar utnyttjas ett antal, företrädesvis fyra, i det gasformiga mediet anbragta mikrofoner..