Умный бетон. Cамодиагностика.Технология будущего

Это видео представляет проект, направленный на решение актуальной проблемы диагностики напряженного состояния бетонных строительных конструкций. Своевременное выявление напряженных состояний крайне важно для безопасности и позволяет предотвратить трагические последствия, такие как обрушение моста в Генуе в 2018 году Существующие проблемы и предлагаемое решение: Традиционные методы неразрушающего контроля, основанные на дискретных сенсорах (тензорезистивные, волоконно-оптические, пьезоэлектрические датчики), имеют ряд недостатков, включая сложность электрических/оптических соединений, зависимость пространственного разрешения от числа датчиков, и способность регистрировать лишь микротрещины или критические деформации, а не ранние напряженные состояния. Проект предлагает инновационный подход – использование «умных композитов». Это достигается путем распределения функционального наполнителя, а именно аморфных магнитных микропроводов в стеклянной изоляции на основе кобальта, непосредственно в бетонной матрице. Эти микропровода обладают эффектом гигантского магнитного импеданса (ГМИ) и бистабильности. Принцип действия: В основе метода лежит зависимость величины критического поля бистабильности от приложенных механических напряжений (растягивающих или крутильных). • Микропровода имеют сложную магнитную структуру, которую можно описать моделью core-shell (сердцевина-оболочка), где сердцевина имеет преимущественно аксиальное намагничивание, а приповерхностная область — циркулярную или геликоидальную анизотропию. • При приложении внешних механических напряжений происходит изменение равновесной магнитной структуры провода. • В микропроводах с наведенной геликоидальной анизотропией при перемагничивании в диапазоне малых полей (порядка 1 Э) наблюдаются характерные особенности – скачкообразное изменение импеданса, связанное с явлением бистабильности аксиально намагниченной сердцевины. Это изменение намагниченности в сердцевине индуцирует скачок намагниченности в приповерхностной области, который регистрируется как «срыв» на полевой зависимости эффекта ГМИ. • Величина критического поля бистабильности прямо зависит от приложенных механических напряжений: при фиксированном кручении растягивающие напряжения увеличивают критическое поле, а при фиксированном аксиальном растяжении крутильные напряжения уменьшают его. Преимущества и научная новизна: Предлагаемый подход имеет значительные преимущества: • Он позволяет регистрировать изменения в диапазоне малых полей (порядка 1 Э), что делает его применимым для неконтактного и неразрушающего контроля массивных конструкций, в отличие от традиционного ГМИ, требующего поля порядка 10 Э. • Метод позволяет повысить пространственное разрешение диагностики и снизить порог чувствительности до уровня некритических деформаций. • Проект объединяет чувствительность сигнала бистабильности с простотой регистрации сигнала ГМИ, используя кобальтовые микропровода. • Возможно использование коротких отрезков микропроводов произвольной длины с возможностью их беспорядочного размещения в объеме конструкции, что существенно улучшает технологичность эксперимента. Задачи проекта: Проект включает разработку: • Методов формирования геликоидальной магнитной структуры микропровода. • Исследование влияния длины образца на эффект ГМИ и критическое поле бистабильности. • Численную оптимизацию структуры композита на основе задач рассеяния. • Натурные испытания бетонных образцов с магнитными включениями для определения необходимых функциональных зависимостей. • Применение микромагнитного моделирования и методов численного анализа на основе феноменологических моделей