Software zur statistischen Analyse und grafischen Darstellung von akustischen Schallemissionsmessungen an Gesteinsproben

Abstract

Die vorliegende Arbeit dokumentiert die Erstellung und Anwendung einer Software zur Charakterisierung und grafischen Darstellung von Schallemissionsmessungen. Das Programm AE-Graphics 3.5 wurde im Zuge des Forschungsprojektes "Umwelteinflüsse auf die Schädigung und Zerstörung des Gefüges an Gesteinen", zur Analyse von Schallemissions-Messungen an Gesteinen unter Temperatureinwirkung, am Institut für Hochbau und Technologie der TU Wien entwickelt. Schallemissionen (kurz AE für Acoustic Emissions) sind elastische mechanische Wellen, die entstehen, wenn im Inneren eines Festkörpers spontan Energie freigesetzt wird, wie beispielsweise bei der plötzlichen Verschiebung der Korngrenzen durch Rissbildung im Material. Diese zeitlich beschränkten (transienten) Schallwellen können von Sensoren an der Oberfläche des Festkörpers erfasst werden. Das Ziel der AE-Analytik ist es, durch die Untersuchung dieser AE-Signale Rückschlüsse auf Vorgänge, wie Schädigungsmechanismen im Inneren des betrachteten Materials, zu ziehen. Die AE-Technik findet bereits in vielen Gebieten, wie z. B. der Qualitätsprüfung bei Herstellungsprozessen, der Ortung von Schäden bei Druckbehältern, der Langzeitüberwachung von Brücken und Gebäuden, oder als zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (ZfP) in der Materialforschung, Anwendung. Im oben erwähnten Forschungsprojekt galt dem Werkstoff Marmor besonderes Interesse, da dieses Gestein oft in Plattenform an Fassaden von Gebäuden eingesetzt wird und bekannt ist, dass seine Formbeständigkeit große Abhängigkeit von der Witterung und insbesondere von der Temperatureinwirkung zeigt. Für die Messungen im Labor wurden die untersuchten Proben deshalb einer zyklischen Temperaturveränderung ausgesetzt und die dabei entstehenden AE-Signale aufgenommen. Mit der Software AE-Graphics 3.5 können diese Messdaten anhand von ausgewählten AE-Parametern statistisch analysiert und graphisch dargestellt werden.

The following thesis describes the construction and application of software for the characterization and graphical depiction of acoustic emission measurements. The program AE-Graphics 3.5 was developed as part of the research project "Environmental Influences on the Damage and Destruction of the structure of Rocks" to analyze the acoustic emission measurements on stones under temperature exposure at the Institute of Building Construction and Technology of the Technical University Vienna. Acoustic Emissions (AE) are elastic mechanical waves which occur when energy is released spontaneously on the inside of solids, for example in case of a sudden displacement of the grain boundaries by crack formation in the material. These timely restricted (transient) acoustic waves can be detected by sensors located on the surface of the solids. The goal of the AE-analysis is to use the examination of the AE-signals to shed light on processes such as the mechanism of degeneration on the inside of the observed materials. The AE-technique is already applied in many areas, such as quality assessment during production processes, ranging of damages in pressure containers and long-term monitoring of bridges and buildings, as non-destructive material testing in materials science. The above mentioned research project focussed on the construction material marble as this is the stone often used in the form of tiles on the facades of buildings and because its shape retention is known to be very dependent on atmospheric conditions and especially on temperature influences. Thus the samples were exposed to cyclic temperature changes during the measurements in the laboratory and the subsequently generated AE-signals were recorded. The software AE-Graphics 3.5 can then analyze these measuring data statistically by means of selected AE-parameters and depict them graphically.