|
|
Využití elektromagnetické a akustické emise pro diagnostiku moderních kompozitních materiálů
Trčka, Tomáš ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Lokajíček,, Tomáš (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Tématem disertační práce je teoretické a experimentální studium elektromagnetické a akustické emise generované při tvorbě trhlin v elektricky nevodivých pevných látkách. Teoretická část práce je zaměřena na metodu elektromagnetické emise, se kterou souvisí řada dosud nevyřešených problémů jak v oblasti měření generovaných emisních signálů, tak i v oblasti správné interpretace získaných experimentálních dat. Postupně zde byla řešena problematika detekce emisních signálů kapacitním snímačem a transformace primárních parametrů trhliny na měřené veličiny v rámci sestaveného přenosového systému. Výsledkem bylo rozšíření metody elektromagnetické emise na kompozitní materiály (zejména vláknové polymerní kompozity se skelnou výztuží), včetně identifikace významných emisních zdrojů v těchto moderních materiálech, ale také vytvoření metodiky pro vyhodnocování primárních parametrů trhliny na základě měřených průběhů emisních signálů v časové a frekvenční oblasti. V experimentální části byla navržena komplexní metodika pro kontinuální záznam obou emisních signálů a údajů z dodatečných senzorů, průběžné zpracování a vyhodnocování měřených dat a monitorování odezvy namáhaného materiálu na aplikovanou mechanickou zátěž v reálném čase. Do této metodiky byly postupně integrovány dílčí výsledky z různých oblastí prováděného výzkumu, především se jednalo o detekci emisních signálů, realizaci vhodné měřicí aparatury, analýzu měřených signálů v časové i frekvenční oblasti a pokročilé metody zpracování a vyhodnocování získaných dat.
|
|
|
Optimalizace posuzování životnosti ocelových stožárů
Čada, Pavel ; Ing. Miroslav. Brodňan, Ph.D. (oponent) ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Švehla,, Vladimír (oponent) ; Vaněrek, Jan (vedoucí práce)
V rámci práce byla posuzována korozní odolnost dvou typů materiálů, a to oceli Corten A jako zástupce tzv. WS (patinujících) ocelí, a dále trvanlivosti PKO tvořeného vrstvou žárového zinku. Byla zjištěna při NSS testu rozdílná kinetika korozivních procesů, kdy při expozici do 400 hod NSS laboratornímu testu vykázala ocel WS nárůst korozních rychlostí, nicméně po tomto časovém období došlo k výraznému úbytku této rychlosti. Naopak při použití Zn jako anodické ochrany byly do 300 hod expozice úbytky lineární, po této době však došlo k poměrně výraznému lineárnímu nárůstu rychlostí. V průběhu měření na stávajících stožárech VVN byly měřeny úbytky oceli a PKO, kdy byly zjištěny běžné korozní rychlosti pro patinující ocel u příhradových stožárů do 10 m.rok-1 a pro Zn korozní úbytek 1,8 m.rok-1. Provedeným technicko- ekonomickým posouzením byly hodnoceny využití nových stožárů s FeZn a varianta revitalizace stožárů. S ohledem na všechny aspekty získané z laboratorních zkoušek i ekonomického posouzení vyplynula přívětivější varianta revitalizace stávajících stožárů z WS ocelí s využitím dostatečné korozní odolností těchto patinujích ocelí.
|
|
|
Monitorování a analýza koroze výztužné oceli v železobetonových prvcích a konstrukcích akustickými metodami
Timčaková, Kristýna ; Semerák,, Petr (oponent) ; Medveď,, Igor (oponent) ; Vaněrek, Jan (oponent) ; Chobola, Zdeněk (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá studiem nedestruktivních akustických metod jako nástroje pro monitorování a analýzu koroze výztužné oceli v železobetonových prvcích. Pro tento úkol byly vybrány čtyři akustické metody – metoda impact-echo, metoda nelineární akustické spektroskopie, metoda akustické emise a ultrazvuková průchodová pulzní metoda. Pro ověření funkčnosti těchto metod bylo provedeno testování na třech sadách železobetonových vzorků, které byly vystaveny působení chloridu sodného, což vedlo ke korozi zabudované ocelové výztuže u těchto vzorků. Pro jednotlivé akustické metody byly navrženy vhodné parametry pro sledování koroze výztuže a byly navrženy experimenty, které prokázaly schopnost jednotlivých akustických metod korozi ocelové výztuže a její vliv na betonovou matrici odhalit a posoudit stav degradovaných prvků a konstrukcí. Rozbor výsledků měření na základě jejich porovnání ukazuje výhody a nevýhody jednotlivých metod a jejich praktického použití. Pro ověření výsledků byla provedena korelace s běžnými metodami, které jsou v současné době používané pro studium koroze, jako je například metoda měření elektrického odporu výztuže a zároveň byl povrch vzorků sledován pomocí konfokálního mikroskopu, který zachytil vývoj mikrotrhlin v průběhu degradace.
|
|
|
Dielectric Properties of Thin Tantalum and Niobium Oxide Layers
Abuetwirat, Inas Faisel ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Lelák, Jaroslav (oponent) ; Liedermann, Karel (vedoucí práce)
Dielectric relaxation spectroscopy is one of the useful methods in studying the molecular dynamics of materials. Owing to recent developments in instrumentation and advances in measurement technique, it is possible to obtain the dispersion of dielectric permittivity in a wide frequency range and for very different materials. The purpose of my work was to investigate dielectric relaxation spectra and conductivity of oxides of titanium, niobium, tantalum, lanthanum and hafnium for field emission cathodes. The objective of the research was to analyze the frequency and temperature behavior of these oxides, as well as their conductivity over a wide frequency and temperature range, and to attempt to determine the origin of the relaxation. As the original range of oxides has been very broad, focus was paid to tantalum (Ta) and niobium (Nb) oxides only, also with regard to their application in electrolytic capacitors. Electrical, thermal and mechanical (processing) properties of Ta and Nb oxides have already been well established. Little is known, however, about detailed mechanisms of their dielectric relaxation. The results acquired for Ta2O5 show a relaxation peak in the temperature and frequency range available, 187 K – 385 K, 1 Hz – 10 MHz. The loss peak frequency follows the Arrhenius law dependence with the activation energy of 0.048 eV. In conductivity spectra, Ta2O5 film exhibits a steady – state value at low frequencies and a monotonous increase at high frequencies that depends on temperature. The observed conductivity followed a slightly superlinear power law. The results acquired for Nb2O5 show a relaxation peak in a similar temperature and frequency range, 218 K – 373 K, 1 Hz – 1 MHz. The loss peak frequency follows the Arrhenius law dependence with the activation energy of 0.055 eV. For both films the relaxation peak approximately shifted toward higher temperatures with frequency (same activation energy). Niobium capacitor shows conductivity mechanism similar to tantalum capacitor.
|
|
|
Diagnostika PN přechodu křemíkových vysokonapěťových usměrňovacích diod pomocí šumu mikroplazmatu
Raška, Michal ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Hájek, Karel (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Práce se zabývá diagnostikou lokálních defektů v PN přechodu a přináší nové poznatky v oblasti chování šumu mikroplazmatu a jeho využití k určení změny teploty uvnitř PN přechodu. Právě defekty v PN přechodech jsou zdrojem zmíněného typu šumu, šumu mikroplazmatu. Během měření byly u šumu mikroplazmatu pozorovány odchylky od běžně uváděných pravoúhlých impulzů. Tyto odchylky jsou zde dány do souvislosti se změnou teploty v defektní oblasti a jejím blízkém okolí. Součinitelé generace a rekombinace, jež jsou běžně uváděny v čase konstantní a slouží k popisu chování šumu mikroplazmatu, mají u zkoumaných diod v čase proměnlivý charakter, což je v práci také podrobně vysvětleno. Práce se dále zaměřuje na určení parametrů PN přechodu v případě, kdy jej není možné jednoznačně zařadit jak mezi strmé, tak mezi pozvolné PN přechody. K hlavním hledaným parametrům patří určení bariérové kapacity, difuzního napětí a šířky vyčerpané oblasti v závislosti na přiloženém závěrném napětí. Následně je v textu kvalitativně ověřena souvislost mezi lokálními lavinovými výboji v PN přechodu a vznikem oblasti záporného diferenciálního odporu na VA charakteristice pro závěrně pólovanou diodu. Posledním významným bodem obsaženým v práci je počítačové modelování chování teploty v defektní oblasti a v jejím blízkém okolí během lokálního lavinového průrazu, včetně navržení metodiky určení parametrů oblasti ohřevu u reálných diod.
|
|
|
STUDIUM CHOVÁNÍ CEMENTOVÝCH KOMPOZITŮ PŘI PŮSOBENÍ VYSOKÝCH TEPLOT
Nováková, Iveta ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Sitek,, Libor (oponent) ; Wallevik, Ólafur Haralds (oponent) ; Pimienta, Pierre (oponent) ; Bodnárová, Lenka (vedoucí práce)
Trendem moderního stavitelství je časté používání vysokohodnotných a vysokopevnostních betonů. Spolu s vysokou pevností tyto betony obsahují malé množství vzduchových pórů, což může způsobit explosivní odpýskávání betonu a následný kolaps konstrukce. Dalším problémem jsou stávající konstrukce, které často nevyhovují současným zvýšeným požadavkům na požární bezpečnost. Využití existujících metod pro zvýšení požární odolnosti stávajících betonových konstrukcí, například nátěry a předsazené protipožární konstrukce, je limitované. Vývoj nových metod pro ochranu betonových konstrukcí je nezbytný, a to hlavně se zaměřením na aplikaci v tunelech, podzemních garážích a jaderných elektrárnách. Tato práce se zabývá vývojem dvou metod pro zvýšení odolnosti betonů vůči působení vysokých teplot, se zaměřením na modifikaci pórové struktury. První metoda je záměrné předehřívání betonu (IHT method) pro zvýšení požární odolnosti stávajících betonových konstrukcí. Druhá metoda se zaměřuje na návrh provzdušněného betonu (AeA-FiResCrete) s vhodnými požárními vlastnostmi s použitím provzdušňujících přísad „nové generace“. Při experimentech byla kromě pevnosti a modifikaci pórové struktury sledována přítomnost tzv. vodní bariéry „moisture clog“. Účinnost vyvíjených metod byla ověřena testováním betonových desek dle modifikované teplotní křivky ISO 834 (m-ISO). Desky ošetřené IHT metodou nevykazovaly při testování dle m-ISO křivky žádné nadměrné praskání ani explosivní odprýskávání. Celková tloušťka IHT metody skládající se z IHT zóny a IHT přechodné zóny byla v rozmezí 25,5 a 43,0 mm při konfiguraci IHT200/2. Při testování AeA-FiResCrete byla vodní bariéra výraznější než v případě desek s aplikovanou IHT metodou, a proto lze usuzovat, že IHT metoda přispívá ke zvýšení požární odolnosti, a to bez negativního vlivu na pevnost a trvanlivost betonu. Testované AeA-FiresCrete betony vykazovaly pouze nepatrné zlepšení odolnosti vůči působení vysokých teplot.
|
|
|
Využití akustických metod pro posouzení vlivu složení cementových kompozitů na průběh degradace vyvolané zvýšenou teplotou
Dvořák, Richard ; Medveď,, Igor (oponent) ; Bílek,, Vlastimil (oponent) ; Bodnárová, Lenka (oponent) ; Chobola, Zdeněk (vedoucí práce)
Cílem této práce je optimalizace akustické nedestruktivní metody (NDT) Impact-Echo (IE) jako doplňujícího diagnostického nástroje pro posuzování betonových konstrukcí vystavených vysokým teplotám. Běžně používané diagnostické postupy v případě betonové konstrukce zasažené požárem se nejčastěji omezují na odebírání jádrových vývrtů in-situ a následné zkoušení takto odebraných vývrtů pomocí destruktivních zkoušek. Metoda Impact-Echo dovoluje nedestruktivní zkoušení různě degradovaných zkušebních těles a betonových konstrukcí, nicméně její využití pro posuzování teplotně degradovaných cementových kompozitů není v praxi téměř vůbec používané. Mnohé studie přitom naznačují, že právě metoda Impact-Echo je jedna z nejvhodnějších nedestruktivních metod pro posuzování míry degradace zvýšenou teplotou. Experimentální část práce se skládá ze tří hlavních etap, kdy první etapa se věnuje výrobě zkušebních těles různých receptur a jejich následné degradaci zvýšenou teplotou a zkoušení metodou IE a referenčními destruktivními a nedestruktivními metodami. Druhá etapa se skládá z výroby železobetonového elementu se zabudovanými termočlánky a jeho následnou nehomogenní degradací lokálním zdrojem zvýšené teploty. Takto připravený řízeně degradovaný prvek obsahuje všechny stupně teplotně degradovaného betonu, testovaného v první etapě. Následné testování se skládá z ověření standardních postupů v oblasti akustického NDT se současným využitím postupů měření experimentální modální analýzy. V rámci třetí etapy je cílem interpretace měřených dat z obou předešlých částí, ověření, zda lze v rámci uzavřeného prvku mezi sebou rozlišit teplotně degradované oblasti, popřípadě míru tepelné degradace betonu. Na základě těchto výsledků byl stanoven optimální postup testování a byly stanoveny základní předpoklady pro vytvoření stupňů poškození betonu zvýšenou teplotou.
|
|
|
Analýza fluktuačních procesů v solárních článcích
Macků, Robert ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Franc,, Jan (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Práce rozebírá problematiku nedestruktivní diagnostiky křemíkových solárních článků. Ačkoliv současné výrobní postupy a technologie jsou na velmi vysoké úrovni, další rozvoj v oblasti fotovoltaiky se nyní jeví limitovaný i v důsledku neschopnosti nalezení lokálních a objemových defektů, včetně jejich interpretace. Předmětem výzkumu je tedy nedestruktivní studium procesů s vlivem na provoz, životnost a spolehlivost vzorků. Za tímto účelem byly použity hlavně šumové analytické metody ve spojení se sledováním optické aktivity defektů, měřením kapacitních charakteristik a studiem transportu náboje. Tyto metody umožňují sledovat objemové nedokonalosti, defekty krystalické mříže, lokálně namáhané oblasti a v neposlední řadě i průrazné mechanizmy s možným vyústěním až v destrukci vzorků. Na základě získaných poznatků a pochopení probíhajících procesů mohou být nalezeny doporučení pro výrobce a způsoby úpravy výrobních postupů. Významná část práce je zaměřena na náhodný n-stavový impulsní šum známý jako mikroplazmatický šum. Tento šum vzniká v důsledku průrazů ve velmi malých oblastech pn přechodu a indikuje významné snížení životnosti, popřípadě destrukci pn přechodu jako takového. Tyto prostorově lokalizované oblasti byly studovány samostatně s použitím optických i elektrických metod a podařilo se získat mnoho zajímavých informací. Neméně významná část práce byla věnována i modelování šumových a fluktuačních procesů objemových nedokonalostí, kde se podařilo navrhnout jejich fyzikální interpretaci a analytický popis.
|
|
|
STUDIUM CHOVÁNÍ CEMENTOVÝCH KOMPOZITŮ PŘI PŮSOBENÍ VYSOKÝCH TEPLOT
Nováková, Iveta ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Sitek,, Libor (oponent) ; Wallevik, Ólafur Haralds (oponent) ; Pimienta, Pierre (oponent) ; Bodnárová, Lenka (vedoucí práce)
Trendem moderního stavitelství je časté používání vysokohodnotných a vysokopevnostních betonů. Spolu s vysokou pevností tyto betony obsahují malé množství vzduchových pórů, což může způsobit explosivní odpýskávání betonu a následný kolaps konstrukce. Dalším problémem jsou stávající konstrukce, které často nevyhovují současným zvýšeným požadavkům na požární bezpečnost. Využití existujících metod pro zvýšení požární odolnosti stávajících betonových konstrukcí, například nátěry a předsazené protipožární konstrukce, je limitované. Vývoj nových metod pro ochranu betonových konstrukcí je nezbytný, a to hlavně se zaměřením na aplikaci v tunelech, podzemních garážích a jaderných elektrárnách. Tato práce se zabývá vývojem dvou metod pro zvýšení odolnosti betonů vůči působení vysokých teplot, se zaměřením na modifikaci pórové struktury. První metoda je záměrné předehřívání betonu (IHT method) pro zvýšení požární odolnosti stávajících betonových konstrukcí. Druhá metoda se zaměřuje na návrh provzdušněného betonu (AeA-FiResCrete) s vhodnými požárními vlastnostmi s použitím provzdušňujících přísad „nové generace“. Při experimentech byla kromě pevnosti a modifikaci pórové struktury sledována přítomnost tzv. vodní bariéry „moisture clog“. Účinnost vyvíjených metod byla ověřena testováním betonových desek dle modifikované teplotní křivky ISO 834 (m-ISO). Desky ošetřené IHT metodou nevykazovaly při testování dle m-ISO křivky žádné nadměrné praskání ani explosivní odprýskávání. Celková tloušťka IHT metody skládající se z IHT zóny a IHT přechodné zóny byla v rozmezí 25,5 a 43,0 mm při konfiguraci IHT200/2. Při testování AeA-FiResCrete byla vodní bariéra výraznější než v případě desek s aplikovanou IHT metodou, a proto lze usuzovat, že IHT metoda přispívá ke zvýšení požární odolnosti, a to bez negativního vlivu na pevnost a trvanlivost betonu. Testované AeA-FiresCrete betony vykazovaly pouze nepatrné zlepšení odolnosti vůči působení vysokých teplot.
|
|
|
Využití akustických metod pro posouzení vlivu složení cementových kompozitů na průběh degradace vyvolané zvýšenou teplotou
Dvořák, Richard ; Medveď,, Igor (oponent) ; Bílek,, Vlastimil (oponent) ; Bodnárová, Lenka (oponent) ; Chobola, Zdeněk (vedoucí práce)
Cílem této práce je optimalizace akustické nedestruktivní metody (NDT) Impact-Echo (IE) jako doplňujícího diagnostického nástroje pro posuzování betonových konstrukcí vystavených vysokým teplotám. Běžně používané diagnostické postupy v případě betonové konstrukce zasažené požárem se nejčastěji omezují na odebírání jádrových vývrtů in-situ a následné zkoušení takto odebraných vývrtů pomocí destruktivních zkoušek. Metoda Impact-Echo dovoluje nedestruktivní zkoušení různě degradovaných zkušebních těles a betonových konstrukcí, nicméně její využití pro posuzování teplotně degradovaných cementových kompozitů není v praxi téměř vůbec používané. Mnohé studie přitom naznačují, že právě metoda Impact-Echo je jedna z nejvhodnějších nedestruktivních metod pro posuzování míry degradace zvýšenou teplotou. Experimentální část práce se skládá ze tří hlavních etap, kdy první etapa se věnuje výrobě zkušebních těles různých receptur a jejich následné degradaci zvýšenou teplotou a zkoušení metodou IE a referenčními destruktivními a nedestruktivními metodami. Druhá etapa se skládá z výroby železobetonového elementu se zabudovanými termočlánky a jeho následnou nehomogenní degradací lokálním zdrojem zvýšené teploty. Takto připravený řízeně degradovaný prvek obsahuje všechny stupně teplotně degradovaného betonu, testovaného v první etapě. Následné testování se skládá z ověření standardních postupů v oblasti akustického NDT se současným využitím postupů měření experimentální modální analýzy. V rámci třetí etapy je cílem interpretace měřených dat z obou předešlých částí, ověření, zda lze v rámci uzavřeného prvku mezi sebou rozlišit teplotně degradované oblasti, popřípadě míru tepelné degradace betonu. Na základě těchto výsledků byl stanoven optimální postup testování a byly stanoveny základní předpoklady pro vytvoření stupňů poškození betonu zvýšenou teplotou.
|
host ::
RSS.