In order to observe the internal damage of concrete in real time, we introduced acoustic emission nondestructive detecting technology into a series of fracture tests; the test results revealed the whole process that concrete undergoes when it sustains damage that leads to failure, according to the change rules of the acoustic emission parameters. The results showed that both the initiation and unstable loads can be accurately determined using the abrupt change of the acoustic emission rate curves and the turning point of the acoustic emission parameters' accumulative curves. The whole process, from damage to failure, includes five phases, beginning with damage, such as cracking, a stable crack growth process, a critical unstable stage, and unstable propagation. The brittle fracture characteristics of concrete change when steel bars are joined, because the steel bars and the concrete structure bond, which causes an increase in the acoustic emission signals within the fracture process of the reinforced concrete. The unstable propagation stage is also extended. Our research results provide a valid methodology and technical explanations, which can help researchers to monitor the cracking process of concrete structures, in real time, during actual projects.
The feasibility of the acoustic emission technique in predicting the residual fatigue life of STS304 stainless steel is presented. Acoustic emission was continuously monitored during the fatigue tests. Considerable acoustic emission occurred during the first few cycles. Acoustic Emission increased rapidly at about 90% of the fatigue life, clear and ample warning of impending fatigue failure was observed. Fatigue damage accumulation was evaluated in terms of an AE cumulative counts. The AE cumulative counts may be taken as an indicator of fatigue cumulative damage. Fatigue damages corresponding to 20, 40, 60 and 80% of the total life were induced at a cyclic stress amplitude. The specimens with and without fatigue damage were subjected to tensile tests. In tensile tests, the total cumulative counts were reduced with increasing fatigue damage. It was observed that the residual tensile strength of material did not change significantly with prior cyclic loading damages.
The damage in concrete structures generally starts with microcracking and thus it is important to find and explore these microcracks in concrete in order to ensure appropriate safety and serviceability. The purpose of the present study is to identify the damage characteristics of concrete structures due to cracking by employing the acoustic emission techniques. A comprehensive experimental study has been done. The cracking damage under tensile and flexural loadings have been identified and the bond damage between steel and concrete have been also characterized. It is seen that the amplitudes and energy level of Acoustic Emission(AE) events are found to be relatively small for bond cracking damages and large for tensile cracking damages. The characteristic equations of the AE events for various cracking damages have been proposed based on the present test data. The internal microcracks are progressively developed ahead of a visible actual crack and the present study clearly exhibits these damage mechanism for various types of cracking in concrete. The present study provides useful data which can be used to identify the various types of cracking damages in concrete structures. This will allow efficient maintenance of concrete structures through monitoring of internal cracking based on acoustic emission.
The high positive correlation between plastic strain of loaded coal-rock and AE (acoustic emission) characteristic parameter was studied and proved through AE experiment during coal-rock uniaxial compression process. The results show that plastic strain in the whole process of uniaxial compression can be gained through the experiment. Moreover, coal-rock loaded process can be divided into four phases through analyzing the change of the plastic strain curve : pressure consolidation phase, apparent linear elastic phase, accelerated deformation phase, rupture and development phase, which corresponds to conventional elastic-plastic change law of loaded coal-rock. The theoretical curve of damage constitutive model is in high agreement with the experimental curve. So the damage evolution law of coal rock damage can be indicated by both acoustic emission and plastic strain. The results have great academic and realistic significance for further study of both AE signal characteristics during loaded coal-rock damaged process and the forecasting of coal-rock dynamic disasters.
Banjara, Nawal Kishor;Sasmal, Saptarshi;Srinivas, V.
Smart Structures and Systems
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제23권2호
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pp.173-184
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2019
The main objective of this study is to evaluate the true fracture energy and monitor the damage progression in steel fibre reinforced concrete (SFRC) specimens using acoustic emission (AE) features. Four point bending test is carried out using pre-notched plain and fibre reinforced (0.5% and 1% volume fraction) - concrete under monotonic loading. AE sensors are affixed at different locations of the specimens and AE parameters such as rise time, AE energy, hits, counts, amplitude and duration etc. are obtained. Using the captured and processed AE event data, fracture process zone is identified and the true fracture energy is evaluated. The AE data is also employed for tracing the damage progression in plain and fibre reinforced concrete, using both parametric- and signal- based techniques. Hilbert - Huang transform (HHT) is used in signal based processing for evaluating instantaneous frequency of the acoustic events. It is found that the appropriately processed and carefully analyzed acoustic data is capable of providing vital information on progression of damage on different types of concrete.
Austenitic stainless steels (ASS) are extensively employed in various sectors such as nuclear, power, petrochemical, oil and gas because of their excellent structural strength and resistance to corrosion. SS304 and SS316 are the predominant choices for piping, pressure vessels, heat exchangers, nuclear reactor core components and support structures, but they are susceptible to stress corrosion cracking (SCC) in chloride-rich environments. Over the course of several decades, extensive research efforts have been directed towards evaluating SCC using diverse methodologies and models, albeit some uncertainties persist regarding the precise progression of cracks. This review paper focuses on the application of Acoustic Emission Technique (AET) for assessing SCC damage mechanism by monitoring the dynamic acoustic emissions or inelastic stress waves generated during the initiation and propagation of cracks. AET serves as a valuable non-destructive technique (NDT) for in-service evaluation of the structural integrity within operational conditions and early detection of critical flaws. By leveraging the time domain and time-frequency domain techniques, various Acoustic Emission (AE) parameters can be characterized and correlated with the multi-stage crack damage phenomena. Further theories of the SCC mechanisms are elucidated, with a focus on both the dissolution-based and cleavage-based damage models. Through the comprehensive insights provided here, this review stands to contribute to an enhanced understanding of SCC damage in stainless steels and the potential AET application in nuclear industry.
Mode II delamination propagation is an important damage mode in laminated composites and this paper aims to investigate the behavior of this damage in laminated composite materials using acoustic emission (AE) technique. Three different lay-ups of glass/epoxy composites were subjected to mode II delamination propagation and generated AE signals were recorded. In order to investigate the propagation of delamination behavior of these specimens, AE signals were analyzed using Wavelet Packet Transforms (WPT) and Fast Fourier Transform (FFT). In addition, conventional AE analyses were used to enhance understanding of the propagation of delamination damage. The results indicate that different fracture mechanisms were the main cause of the AE signals. The dominant mechanisms in all the specimens were matrix cracking, fiber/matrix debonding and fiber breakage, with varying percentage of the damage mechanisms for each lay-up. Scanning Electron Microscopy (SEM) observations were in accordance to the AE results.
Rubber-modified epoxy resins have been employed as adhesive and matrix materials for glass and corbon-fiber composites. The behavior of fracture around a crack tip for rubber-modified epoxy resin is investigated through the acoustic emission (AE) analysis of compact tension specimens. Damage zone and rubber particles distributed around a crack tip were observed by a polarized optical microscope and an atomic force microscope (AFM). The damage zone in front of pre-crack tip in rubber-modified specimen $(15wt\%\; rubber)$ began to form at about $13\%$ level of the fracture load and grew in size until $57\%$ load level. After that, the crack propagated in a stick-slip manner. Based on time-frequency analysis of AE signals and microscopic observation of damage zone, it was thought that AE signals with frequency bands of 0.15-0.20 MHz and 0.200.30 MHz were generated from cavitation in the damage zone and crack propagation, respectively.
The numerical simulation is performed for the acoustic emission and the wave propagation due to fiber breakage in single fiber composite plates by the finite element transient analysis. The acoustic emission and the following wave motions from a fiber breakage under a static loading is simulated to investigate the applicability of the explicit finite element method and the equivalent volume force model as a simulation tool of wave propagation and a modeling technique of an acoustic emission. For such a simple case of the damage event under static loading, various parameters affecting the wave motion are investigated for reliable simulations of the impact damage event. The high velocity and the small wave length of the acoustic emission require a refined analysis with dense distribution of the finite element and a small time step. In order to fulfill the requirement for capturing the exact wave propagation and to cover the 3-D simulation, we utilize the parallel FE transient analysis code and the parallel computing technology.
The purpose of the present study is to identify the damage characteristics of concrete structures due to cracking by employing the acoustic emission techniques. A comprehensive experimental study has been done. The cracking damages under tensile and flexural loadings have been identified and the bond damage between steel and concrete have been also characterized. It is seen that the amplitudes and energy level of AE events is found to be smaller for bond cracking damages and larger for tensile cracking damages. The characteristic equations of the AE events for various cracking damages have been proposed based on the present test data. The internal microcracks are progressively developed ahead of a visible actual crack and the present study clearly exhibits thses damage mechanism for various types of cracking in concrete. The present study provides very useful data which can be used to identify the various types of cracking damages in concrete structures. This will allow very efficient maintenance of concrete structures through monitoring of internal cracking based on acoustic emission.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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