الانبعاث الصوتي

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
آلية الانخلاع في حدث الانبعاث الصوتي أثناء تكوين الشق الدقيق في المعادن ذات الشبكة المكعبة مركزية الجسم (bcc).

الانبعاث الصوتي ( AE ) هو ظاهرة إشعاع الموجات الصوتية (المرنة) في المواد الصلبة التي تحدث عندما تخضع المادة لتغيرات لا رجعة فيها في بنيتها الداخلية، على سبيل المثال نتيجة لتكوّن الشقوق أو التشوه اللدن بسبب التقادم أو تدرجات درجة الحرارة أو القوى الميكانيكية الخارجية. [ 1 ]

يحدث الانبعاث الصوتي تحديدًا أثناء عمليات التحميل الميكانيكي للمواد والهياكل، المصحوبة بتغيرات هيكلية تولد مصادر موضعية للموجات المرنة . [ 2 ] وينتج عن ذلك إزاحات سطحية صغيرة للمادة بفعل الموجات المرنة أو موجات الإجهاد [ 3 ] المتولدة عندما تُطلق الطاقة المرنة المتراكمة في المادة أو على سطحها بسرعة. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

قد تختلف آلية انبعاث النبضة المرنة الأولية للانبعاث الصوتي (الانبعاث الصوتي الفعلي أو الحدثي). يوضح الشكل آلية الانبعاث الصوتي الفعلي (الحدثي) أثناء تكوّن الشق الدقيق نتيجة اختراق تراكم الانخلاعات ( الانخلاع هو عيب خطي في الشبكة البلورية للمادة) عبر الحدود في المعادن ذات الشبكة المكعبة مركزية الجسم (bcc) تحت تأثير التحميل الميكانيكي، بالإضافة إلى المخططات الزمنية لتدفق الانبعاث الصوتي الفعلي (الأحداث) (1) وتدفق إشارات الانبعاث الصوتي المسجلة (2). [ 5 ] [ 6 ]

تُمكّن طريقة الانبعاث الصوتي من دراسة حركية العمليات في المراحل المبكرة للتشوه المجهري، وتكوّن الانخلاعات، وتراكم الشقوق الدقيقة. وبعبارة أخرى، يبدو أن كل شق يُصدر صوتًا يُشير إلى نموه. وهذا يُتيح تشخيص لحظة بدء الشق نفسه من خلال الانبعاث الصوتي المصاحب. إضافةً إلى ذلك، لكل شق موجود بالفعل حجم حرج مُحدد، يعتمد على خصائص المادة. [ 5 ] [ 6 ] حتى هذا الحجم، ينمو الشق ببطء شديد (أحيانًا لعقود) من خلال عدد هائل من القفزات الصغيرة المنفصلة المصحوبة بإشعاع الانبعاث الصوتي. بعد أن يصل الشق إلى حجم حرج، يحدث تدمير كارثي، لأن نموه اللاحق يكون بسرعة تقارب نصف سرعة الصوت في مادة الهيكل. باستخدام معدات خاصة عالية الحساسية، وقياس شدة معدل تغير الصوديوم مع الزمن (dNa/dt) (الكمية لكل وحدة زمنية) في أبسط الحالات، بالإضافة إلى العدد الإجمالي لأحداث الانبعاث الصوتي (AE)، يمكن تقدير معدل النمو وطول الشقوق والتنبؤ بقرب حدوث التلف تجريبياً استناداً إلى بيانات الانبعاث الصوتي. [ 5 ] [ 6 ]

تُعدّ الموجات الناتجة عن مصادر الانبعاث الصوتي ذات أهمية عملية في مراقبة سلامة الهياكل ، ومراقبة الجودة، وتغذية الأنظمة الراجعة، ومراقبة العمليات، وغيرها من المجالات. في تطبيقات مراقبة سلامة الهياكل، يُستخدم الانبعاث الصوتي عادةً للكشف عن الأضرار وتحديد موقعها [ 7 ] ووصف خصائصها [ 8 ] .

الظواهر

يرتبط الانبعاث الصوتي بموجات مرنة عابرة داخل المادة، ناتجة عن التحرر السريع لطاقة الإجهاد الموضعية. ويُعرَّف مصدر الحدث بتحرر الطاقة المرنة في المادة، والتي تنتشر بعد ذلك على شكل موجات مرنة. يمكن رصد الانبعاثات الصوتية في نطاقات تردد أقل من 1 كيلوهرتز ، وقد سُجِّلت عند ترددات تصل إلى 100 ميجاهرتز، ولكن معظم الطاقة المتحررة تقع ضمن نطاق 1 كيلوهرتز إلى 1 ميجاهرتز. تُولِّد أحداث التحرر السريع للإجهاد طيفًا من موجات الإجهاد يبدأ من 0 هرتز، ويتلاشى عادةً عند عدة ميجاهرتز.     

تتمثل التطبيقات الرئيسية الثلاثة لتقنيات الانبعاث الصوتي فيما يلي: 1) تحديد موقع المصدر - تحديد المواقع التي حدث فيها مصدر الحدث ؛ 2) الأداء الميكانيكي للمواد - تقييم وتوصيف المواد والهياكل؛ و3) مراقبة السلامة - مراقبة التشغيل الآمن للهيكل، على سبيل المثال الجسور، وحاويات الضغط، وخطوط الأنابيب، وما إلى ذلك.

وقد ركزت الأبحاث الحديثة على استخدام الانبعاث الصوتي ليس فقط لتحديد مواقع آليات المصدر ولكن أيضًا لتوصيفها [ 8 ] مثل نمو الشقوق والاحتكاك والانفصال وتصدع المصفوفة وما إلى ذلك. وهذا من شأنه أن يمنح الانبعاث الصوتي القدرة على إخبار المستخدم النهائي بآلية المصدر الموجودة والسماح له بتحديد ما إذا كانت الإصلاحات الهيكلية ضرورية.

إن استخدام معالجة الإشارات وتحليلها بشكل صحيح يتيح إمكانية اكتساب فهم أعمق لإشارات الموجات المرنة وعلاقتها بالعمليات التي تحدث داخل الهياكل.

يتم توفير توسع كبير في القدرات وزيادة في موثوقية طريقة التشخيص AE من خلال استخدام الأساليب الإحصائية لتحليل تدفقات الأحداث العشوائية (على سبيل المثال، نموذج تدفق بواسون العشوائي ) [ 5 ] [ 6 ].

يوفر تمثيل الإشارة في مجال التردد ، والذي يتم الحصول عليه من خلال تحويل فورييه السريع (FFT)، معلومات حول مقدار الإشارة ومحتواها الترددي. [ 9 ]

يمكن أن يرتبط الانبعاث الصوتي بانطلاق الطاقة بشكل لا رجعة فيه. كما يمكن أن ينشأ من مصادر لا تنطوي على فشل مادي، بما في ذلك الاحتكاك والتجويف والصدمات .

الاستخدامات

يُجرى تطبيق الانبعاث الصوتي في الاختبارات غير المتلفة للمواد عادةً ضمن نطاق تردد يتراوح بين 20  كيلوهرتز و1  ميجاهرتز. [ 10 ] وعلى عكس الاختبارات فوق الصوتية التقليدية ، صُممت أدوات الانبعاث الصوتي لمراقبة الانبعاثات الصوتية الصادرة من المادة أثناء الفشل أو الإجهاد، وليس لرصد تأثير المادة على الموجات المُولّدة خارجيًا. ويمكن توثيق فشل الأجزاء أثناء المراقبة التلقائية. وتُشكل مراقبة مستوى نشاط الانبعاث الصوتي خلال دورات تحميل متعددة أساسًا للعديد من طرق فحص السلامة باستخدام الانبعاث الصوتي، مما يسمح للأجزاء الخاضعة للفحص بالبقاء قيد الاستخدام. [ 11 ]

تُستخدم هذه التقنية، على سبيل المثال، لدراسة تكوين الشقوق أثناء عملية اللحام، بدلاً من تحديد موقعها بعد تشكيل اللحام باستخدام تقنية الاختبار بالموجات فوق الصوتية الأكثر شيوعًا.

في المواد المعرضة لإجهاد مستمر، كبعض مكونات الطائرة أثناء الطيران، يمكن للمجسات المثبتة في منطقة معينة رصد تشكل الشقوق لحظة بدء انتشارها. ويمكن استخدام مجموعة من هذه المجسات لتسجيل الإشارات، ثم تحديد موقع مصدرها بدقة عن طريق قياس الزمن الذي يستغرقه الصوت للوصول إلى كل مجس.

يُعدّ الرصد المستمر طويل الأمد للانبعاثات الصوتية ذا قيمة كبيرة في الكشف عن الشقوق المتشكلة في أوعية الضغط [ 12 ] [ 13 ] وخطوط الأنابيب التي تنقل السوائل تحت ضغوط عالية. وقد وضعت الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) والمنظمة الدولية للمقاييس (ISO ) والمفوضية الأوروبية معايير لاستخدام الانبعاثات الصوتية في الاختبارات غير المتلفة لأوعية الضغط .

تُستخدم هذه التقنية لتقدير التآكل في الهياكل الخرسانية المسلحة. [ 11 ] [ 14 ]

تُستخدم طريقة الانبعاث الصوتي حاليًا بشكل فعال في مهام مراقبة وتشخيص منشآت هندسة الطاقة النووية، والطيران، وتكنولوجيا الصواريخ والفضاء، والنقل بالسكك الحديدية، والقطع الأثرية التاريخية (على سبيل المثال، جرس القيصر في الكرملين بموسكو)، بالإضافة إلى منتجات وأشياء أخرى ذات غرض مسؤول. [ 15 ]

يمكن استخدام استشعار الانبعاث الصوتي لمراقبة حالة بطاريات الليثيوم أيون، لا سيما في الكشف عن الأحداث الميكانيكية الكهروكيميائية الطفيلية وتوصيفها، مثل الطحن الكهروكيميائي للأقطاب الكهربائية ، والتحولات الطورية ، وانبعاث الغازات . ويُستخدم المستشعر الكهروإجهادي لاستقبال الإشارات الصوتية المنبعثة من مواد البطارية أثناء التشغيل. [ 16 ]

إضافةً إلى الاختبارات غير المدمرة، تُستخدم تقنية مراقبة الانبعاث الصوتي في مراقبة العمليات . ومن بين التطبيقات التي استُخدمت فيها هذه التقنية بنجاح، الكشف عن الشذوذات في طبقات الموائع ونقاط النهاية في عملية التحبيب الدفعي.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ الانبعاث الصوتي . بالتيمور: ASTM، STP-505. 1972. ص 1-337 . 
  2. ↑ دونيغان إتش إل، هاريس دي أو، تاترو سي إيه (1968). "تحليل الكسور باستخدام الانبعاث الصوتي". هندسة ميكانيكا الكسور 1 ( 1): 105-122 . doi : 10.1016/0013-7944(68)90018-0 .{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  3. ↑ موقع pacuk.co.uk الإلكتروني . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 ديسمبر 2011.
  4. ↑ سوتيريوس ج. فاهافيولوس (1999). الانبعاث الصوتي: تحديث المعايير والتكنولوجيا . المجلد STP-1353. فيلادلفيا، بنسلفانيا: الجمعية الأمريكية لاختبار المواد الدولية (للنشر). ص 81. ISBN   978-0-8031-2498-1.
  5. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ بويلو إس آي، الجوانب الفيزيائية والميكانيكية والإحصائية لتشخيص الانبعاث الصوتي // فيزياء وميكانيكا المواد الجديدة وتطبيقاتها، نيويورك: دار نوفا للعلوم، ٢٠١٣، الصفحات ١٧١-١٨٣. https://www.researchgate.net/publication/290591153_Physical_mechanical_and_statistical_aspects_of_acoustic_emission_diagnostics
  6. 1 2 3 4 5 بويلو، إس آي (2017). الجوانب الفيزيائية الميكانيكية والإحصائية والكيميائية لتشخيص الانبعاث الصوتي (ملف PDF) (باللغة الروسية). روستوف-نا-دونو: دار نشر جامعة سيمون فريزر. ص 184. ISBN  978-5-9275-2369-6.
  7. ↑ إيتون، إم جيه؛ بولين، آر؛ هولفورد، كيه إم (يونيو 2012). "تحديد موقع مصدر الانبعاث الصوتي في المواد المركبة باستخدام رسم خرائط دلتا تي". المواد المركبة الجزء أ: العلوم التطبيقية والتصنيع . 43 (6): 856-863 . doi : 10.1016/j.compositesa.2012.01.023 .
  8. 1 2 ماكروي، جون ب.؛ الجميلي، صفاء خ.؛ كريفيلي، دافيد؛ بيرسون، ماثيو ر.؛ إيتون، مارك ج.؛ فيذرستون، كارول أ.؛ غواليانو، ماريو؛ هولفورد، كارين م.؛ بولين، ريس (يناير 2015). "تصنيف الأضرار في مركبات ألياف الكربون باستخدام الانبعاث الصوتي: مقارنة بين ثلاث تقنيات" . Composites Part B: Engineering . 68 : 424–430 . doi : 10.1016/j.compositesb.2014.08.046 . hdl : 11311/890355 .
  9. ↑ بوب، هارتموت؛ كولر، ماركوس؛ يان، ماركوس؛ بيرغمان، ألكسندر (1 ديسمبر 2020). "الأساليب الميكانيكية لتحديد حالة بطاريات الليثيوم أيون الثانوية: مراجعة" . مجلة تخزين الطاقة . 32 101859. Bibcode : 2020JEnSt..3201859P . doi : 10.1016/j.est.2020.101859 .
  10. ↑ بينافيدس، صموئيل (2009). مكافحة التآكل في صناعة الطيران . بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-84569-553-8. OCLC 456184838 . 
  11. 1 2 بليتز، جاك؛ جي. سيمبسون (1991). طرق الموجات فوق الصوتية للاختبار غير المدمر . سبرينغر-فيرلاغ نيويورك، ذ.م.م. ISBN 978-0-412-60470-6.
  12. ↑ ستيوارت هيوردين، محرر (1993). تقييم سلامة المصانع عن طريق اختبار الانبعاث الصوتي ( الطبعة الثانية). راغبي، المملكة المتحدة: معهد المهندسين الكيميائيين . ISBN  978-0-85295-316-7.
  13. ↑ أناستاسوبولوس، أ. أ.؛ كوروسيس، د. أ.؛ كول، ب. ت. (أكتوبر 2008). فحص الانبعاث الصوتي لأوعية الضغط المعدنية الكروية . المؤتمر الدولي الثاني للفحص الفني والاختبار غير المتلف (TINDT2008). طهران، إيران.
  14. ↑ تقدير التآكل في الخرسانة المسلحة باستخدام التقنيات الكهروكيميائية والانبعاث الصوتي، مجلة تكنولوجيا الخرسانة المتقدمة، المجلد 3، العدد 1، 137-144، فبراير 2005
  15. ↑ بويلو إس آي، بويلو بي آي، كوليسنيكوف في آي، فيريسكون في دي، بوبوف أو إن. تطبيق طريقة الانبعاث الصوتي في مشاكل تشخيص المركبات، مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات. 2020. المجلد 1636. 012006. https://www.researchgate.net/publication/346164546_Application_of_the_acoustic_emission_method_in_problems_of_vehicle_diagnostics
  16. ↑ هوانغ، جياكيانغ؛ بولز، ستيفن تي؛ تاراسكون، جان ماري (23 مارس 2022). "الاستشعار كمفتاح لعمر البطارية واستدامتها" . مجلة Nature Sustainability . 5 (3): 194-204 . Bibcode : 2022NatSu...5..194H . doi : 10.1038/s41893-022-00859-y . S2CID 247623256 .