Инспекторы из трубок находят трещины в мостах
Ещё один мост упал. Сейчас в Китае. Незадолго до этого мост обрушился в Штатах. По большому счету же узнается, что проблемные мосты в отдельных государствах исчисляются десятками тысяч. И, очевидно, о безопасности данных сооружений говорят в наше время кто хочешь.
Значит, на этом ужасном фоне полезно обратить внимание на перспективную разработку американских учёных.
В инженерном колледже университета Мичигана (College of Engineering) придумана новая «краска» для самолётов, различных зданий и мостов. Несколько учёных под управлением доктора наук Джерома Линча (Jerome Lynch) создала покрытие, которым возможно «покрасить» поверхность, требующую контроля на предмет внутренних, и поверхностных, но невидимых глазу недостатков, ржавчины и трещин.
В пресс-релизе университета отмечено, что подобное изобретение не только облегчит жизнь инспекторов, контролирующих летательные аппараты и строения визуально, но и окажет помощь не допустить трагедию, схожую с той, что сравнительно не так давно случилась в Миннеаполисе (отметим, что в том месте 1 августа обрушился мост через Миссисипи).
Джером Линч — эксперт в области гражданского строительства, компьютерных условий наук и моделирования эксплуатации, и инженер-электротехник. По всей видимости, как раз такая всесторонняя подготовка и разрешила ему продумать и создать что-то подобное (фото University of Michigan).
Сейчас большая часть мостов в мире пристально изучается только раз в два года (а у нас, пожалуй, и того реже), и тщательная проверка проводится только в том случае, если инспектор (на глаз) увидит некие «сигналы опасности». ракеты и Самолёты проверяются чаще, но на протяжении планового осмотра сложно подметить все потенциальные неприятности.
Дабы решить эту проблему, учёные применяли устойчивый к механическому действию композитный материал, что представляет собой сети углеродных нанотрубок, расположенные между слоями полимерного материала. Любой таковой слой нанотрубок способен реагировать на трансформацию разных параметров, к примеру, pH, механическое напряжение контролируемой поверхности, влажность либо свет.
Так, этот материал владеет сенсорными особенностями и может использоваться в различных областях.
Линч в сотрудничестве с доктором наук химического машиностроения Николасом Котовым (Nicholas Kotov) и его командой придумал, как вынудить разные слои проявлять различные сенсорные особенности. К примеру, один слой нанотрубок стал чувствителен к трансформации кислотности металла (что сигнализирует о начале коррозийного процесса), второй – к трансформации напряжений в него.
А ведь данной трагедии возможно было избежать (фото с сайта visi.com/cnn.net).
По периметру «окрашенной» поверхности эксперты расположили электрические контакты, каковые соединены с процессором либо маленьким компьютером. Дабы вычислять данные о том, что происходит на поверхности, и под ней, учёный (либо инспектор) отправляет электрический ток через слой нанотрубок. Коррозия (равно как и разные трещины) изменяет поведение электронов, проходящих через слой, что, со своей стороны, приводит к изменению объёмной электропроводности этих слоёв.
После этого процессор сооружает двумерную визуальную картину распределения электропроводности, на которой сходу становятся заметны каждые трансформации. И благодаря высокой чувствительности новинки кроме того те, что не видны людской глазу.
Одним из достижений данной группы учёных есть применение способа биоимпедансной томографии (Electrical Impedance Tomography — EIT) для построения двумерной картины распределения объёмной электропроводности композита.
Внешний вид нового материала (слева): белые полосы, по всей видимости, показывают расположение трещин в повреждённом элементе из цемента; а так выглядит «карта» электропроводности (справа) (фото University of Michigan).
Данный способ разрешает не только определять отклик структуры на внешние факторы, но и измерять его величину.
Кстати, подробности о работе прототипа просматривайте в статье, размещённой в издании Nanotechnology.
Но картину мало выстроить, её ещё нужно передать. Для этого учёные предлагают совокупность беспроводных «узлов связи», помещённых на протяжении всего моста.
Любой таковой узел кроме этого будет иметь процессор, разбирающий данные и иногда пересылающий её через беспроводную сеть на ближайший сервер. Серверный компьютер будет выделять те участки, каковые требуют пристального осмотра. Помимо этого, он может подавать сигналы тревоги: от предположения о нужном ремонте до экстренного закрытия моста.
Сам пример (a) материала и «карта» проводимости материала, подверженного действию растворов с разным значением pH: (b) от 7 до 9, © от 7 до 5. Чем чернее цвет, тем большепроводимость (иллюстрация Jerome Lynch).
Кстати, такая совокупность узлов создана Линчем и его командой уже давно а также испытывалась на мосту Geumdang в Южной Корее (смотрите PDF-документ) и на Alamosa Canyon Bridge в Нью-Мехико, США (ещё один PDF). Но это был ранний вариант совокупности, развитие которой далеко не окончено.
Данные о работе этого необыкновенного устройства возможно отыскать в данной статье (издание Structure and Infrastructure Engineering).
«Подобная система будет давать вам полное представление о „состоянии здоровья“ моста либо строения», — думает Джером Линч.
Он утвержает, что применение данной разработки, во-первых, существенно удешевит процесс контроля над строением, а во-вторых, может свести работу инспектора к нажиманию нужной кнопки. Совокупность сама будет считывать эти и строить изображение, а после этого передавать его по беспроводной связи инспектору.
Так, удастся сэкономить не только его время, но и деньги, каковые в большинстве случаев тратятся на дополнительные физические испытания, не говоря уже о увеличении безопасности контролируемых объектов.
Как утверждает Линч, «новизна данной разработки в том, что контролирующий человек может взять не точечную, а распределённую картину исследуемой поверхности».
Внешний вид «узлов связи» (фото Jerome Lynch, University of Michigan).
Учёный сохраняет надежду, что его изобретение отыщет собственное использование и во внеземном пространстве, где визуальная проверка разных поверхностей на предмет повреждений иногда связана с рискованным выходом в открытый космос. При же оснащения некоторых из них изобретением Линча риска в работе астронавтов стало бы намного меньше.
Действительно, не только плюсы, но и минусы имеется у новинки. К примеру, пока не светло, какие конкретно неточности будут оказаться в картине распределения электропроводности, в случае если считывающие электроды расположить не равноудалено друг от друга (в прошедших тестах электроды пребывали совершенно верно на расстоянии 2 миллиметров). Кроме этого не светло, как огромные площади конструкций моста покрыть полимерным слоем равномерно (для верной работы томографического анализа нужно совершенно верно знать, какова толщина слоя «краски»).
Ещё один непонятный момент: какое количество электродов пригодиться для аналогичных площадей? Так как от числа электродов зависит разрешение, соответственно — и точность проводимого анализа поверхности. Наряду с этим для квадрата «краски» всего лишь 25 на 25 миллиметров учёными было использовано 32 электрода.
Быть может ли этот материал с той же точностью разбирать состояние подводной части моста, в случае если на него воздействует влажность? (фото с сайта bridgeandtunnelclub.com).
Снаружи материал непрозрачный и тёмный, по всей видимости, дабы на итог измерений не повлиял солнечный свет. Но что будет с ним под постоянным действием солнечных лучей (скажем, в случае если мост будет в Калифорнии)? И как это отразится на итогах измерений?
Вопросов большое количество. Но на данный момент учёные трудятся над созданием полнофункциональной совокупности на беспроводных сенсорах и, по всей видимости, желают дать так на них ответы.
Помимо этого, они ищут партнёров для вывода новинки на рынок. И, вероятнее, отыщут, поскольку сейчас трещины и коррозия (как скрытые, так и внешние) угрожают более чем 73 тысячам мостов в одних лишь Штатах.
