Визначення напружено-деформованого стану бетону в зоні впливу місцевого лазерного випромінення

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.232671

Ключові слова:

важкий бетон, вологість, лазерне випромінення, захисні властивості

Анотація

Подано результати фізичного та чисельного експериментів з визначення напружено-деформованого стану бетону захисних конструкцій на ділянці впливу місцевого точкового лазерного  випромінювання. З допомогою програмного забезпечення комплексу ЛІРА10.8 (реліз 3.4) створена комп’ютерна модель в постановці стаціонарної задачі теплопровідності. Для цього були використані результати експериментальних досліджень – отриманий розподіл температури та зміни структури бетону по поверхні та вглиб бетонних кубиків для більше ніж 120 взірців бетону трьох рівнів вологості: висушеного, природної вологості та водонасиченого. В статті наведені параметри моделювання, результати чисельного експерименту, їх аналіз та порівняння з результатами фізичного експерименту.

Температурні поля при встановленні динамічної температурної рівноваги, рівень напружень в бетоні, отримані при фізичних експериментах, добре корелюють з результатами чисельного експерименту. Максимальна температура, визначена оптичним методом, на поверхні бетону становила 1350+50 °С. Відхилення в контрольних точках не перевищує 12–70 °С в зоні температурного впливу та 18–176 °С (1–11 %). При номінальній потужності випромінювання 30 Вт досягнуто другу стадію взаємодії, при 100 Вт – четверту стадію для бетону вологістю 0–2,5 %, а для водонасиченого бетону – п’яту стадію взаємодії з лазерним променем. Виявлено значне зниження порогів між стадіями взаємодії лазерного випромінювання з бетоном, особливо водонасиченим, порівняно з порогами для металів (пороги між третьою- п’ятою стадіями знижені в 103–104 разів). Руйнування стінок водонасичених пор в бетоні відбувалось під тиском водяної пари. Дотичні напруження при цьому становили 1,7 МПа, а значення коефіцієнта Кр, визначеного методом акустичної емісії, були в межах 4–6. Такі результати пояснюють відсутність нормальних мікротріщин за рахунок ефекту обойми.

Встановлено, що в зоні контакту лазерного променя з бетоном розсіюється близько 90 % енергії випромінення, а в прилеглій зоні нагрівання до 77 %. Запропонована оптимальна швидкість переміщення променя при чищенні поверхні бетону від органічних, лакофарбових та інших видів забруднення 0,5–2 мм/с (температура поверхні 100–300 °С)

Біографія автора

Ігор Іванович Кархут, Національного університету «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельних конструкцій та мостів

Посилання

  1. Baharev, S., Mirkin, L. I., Shesterikov, S. A. et. al. (1988). Struktura i prochnost' materialov pri lazernyh vozdeystviyah. Moscow: Izd-vo Mosk. un-ta, 224.
  2. Anishchenko, L. M., Lavrenyuk, S. Yu. (1986). Matematicheskie osnovy proektirovaniya vysokotemperaturnyh tekhnologicheskih protsessov. Moscow: Nauka, 77.
  3. Wignarajan, S. (1999). New horizons for high-power lasers: applications in civil engineering. Proceeding SPIE, 3887-01, 34–44.
  4. Uglov, A. A., Smurov, I. Yu., Lashin, A. M., Gus'kov, A. G. (1991). Modelirovanie teplofizicheskih protsessov impul'snogo lazernogo vozdeystviya na metally. Moscow: Nauka, 288.
  5. Rożniakowski, K. (2001). Zastosowanie promieniowania laserowego w badaniach i modyfikacji właściwości materiałow budowlanych. Studia z zakresu inżynierii NR 50. Warsżawa-Łódż, 200.
  6. Romanowska, A., Jablonski, M. (2001). Kompozyt gipsowy o podwyższonej akumulacji cipła. Studia z zakresu inżynierii NR 50. Warsżawa-Łódż, 102.
  7. Gawin D., Kośny J., Wilkes, K. (2005). Wpływ zawartości wilgoci na dokładność pomiary współczynnika przewodzenia cipła betonu komórkowego metodą stacjonarną. Polska academia nauk. Studia z zakresu inżynierii NR 50. Warsżawa-Łódż, 88.
  8. Kamata, H., Mimori, T., Tachiiwa, M., Sugimoto, K. (1996). New Applications of Lasers to Architecture and Civil Engineering. Study on Methods for Decontaminating Concrete Surface by Laser Treatment. The Review of Laser Engineering, 24 (2), 182–190. doi: https://doi.org/10.2184/lsj.24.182
  9. Hamasaki, M. (1987). Experimental cutting of biological shield concrete using laser. Proc. International Symposium on Laser Processing. Tokio.
  10. Stashuk, P. M. (2001). Vyvchennia kinetyky protsesiv trishchynoutvorennia metodom akustychnoi emisiyi. Visnyk Derzhavnoho universytetu “Lvivska politekhnika” Teoriya ta praktyka budivnytstva, 178–184.
  11. Filonenko, S. F. (2000). Analiz kinetiki razvitiya protsessov razrusheniya metodom akusticheskoy emissii. Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya “Sinergetika 2000. Samoorganizuyushchiesya protsessy v sistemah i tekhnologiyah”. Komsomol'sk-na-Amure, 94–97.
  12. Long, N. P., Daido, H., Yamada, T., Nishimura, A., Hasegawa, N., & Kawachi, T. (2017). Experimental characterization of concrete removal by high-power quasicontinuous wave fiber laser irradiation. Journal of Laser Applications, 29 (4), 041501. doi: https://doi.org/10.2351/1.5008326
  13. Lawrence, J., Li, L. High power diode laser surface glazing of concrete. CORE. Available at: https://core.ac.uk/download/pdf/53233.pdf
  14. Sakai, Y., Sikombe, I., Watanabe, K., Inoue, H. (2019). Microscopic Change in Hardened Cement Paste due to High-Speed Impact. Journal of Advanced Concrete Technology, 17 (9), 518–525. doi: https://doi.org/10.3151/jact.17.518
  15. DSTU B V.2.7-214:2009. Building material. Concretes. Methods for strength determination using reference specimens (2010). Kyiv, 43.
  16. DSTU B V.2.7-170:2008. Building materials. Concretes. Methods of determination of middle density, moisture content, water absorptions porosity and watertightness. Kyiv.
  17. Karhut, I. I. (2019). Influence of laser radiation on heavy concrete. Resource-saving materials, structures, buildings and structures, 37, 35–47. doi: https://doi.org/10.31713/budres.v0i37.311
  18. Karkhut, I. I., Bula, S. S., Soroka, Ya. V. (2007). Rozpodil temperatury v obiemi betonu pry diyi teplovoho udaru, yak vydu mistsevoho nahrivu. VII Mizhnarodnyi sympozium «Mekhanika ta fizyka ruinuvannia budivelnykh materialiv i konstruktsiy». Kyiv, 7, 191–197.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-30

Як цитувати

Кархут, І. І. (2021). Визначення напружено-деформованого стану бетону в зоні впливу місцевого лазерного випромінення. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(7 (111), 24–36. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.232671

Номер

Том 3 № 7 (111) (2021): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Игорь Иванович Кархут

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.