Z pomocą ultradźwięków zbadają stan techniczny statków

Projekt naukowy prof. Beaty Zimy z WIMiO otrzymał dofinansowanie w ramach programu LIDER, organizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Naukowczyni wraz z zespołem będzie pracować nad  metodyką oraz prototypem systemu, dzięki któremu będzie można monitorować stan konstrukcji powłokowych. Znajdzie on zastosowanie m.in. w okrętownictwie, gdzie pozwoli ocenić stopień skorodowania konstrukcji statku.

Jak podkreśla prof. Beata Zima, kierowniczka projektu, idea realizacji takiego przedsięwzięcia powstała w odpowiedzi na potrzeby branży okrętowej. Urządzenie ma docelowo wesprzeć pracę inspektorów, którzy badają stan statków i poziom ich skorodowania. Wynalazek umożliwi zmniejszenie liczby pomiarów, co skróci czas potrzebny do wykonania badania.

– Obecnie inspektor punktowo sprawdza grubość pokrywy. W zależności od wielkości statku, takich pomiarów trzeba wykonać nawet kilkadziesiąt lub kilkaset tysięcy. Tymczasem nadal stanowią one zaledwie zgrubne odwzorowanie rzeczywistej redukcji grubości spowodowanej korozją. W tym czasie okręt przebywa w doku, i nie wykonuje swoich zadań. Dlatego chcemy zaproponować nową metodę pomiaru – wyjaśnia prof. Beata Zima z Instytutu Budowy Okrętów Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa.

Jak dodaje naukowczyni, obecny projekt jest kontynuacją wcześniej prowadzonych badań podstawowych, które finansowane były przez Narodowe Centrum Nauki. Zespół sprawdzał w jaki sposób fale mechaniczne rozchodzą się w płycie, która charakteryzuje się nierównomierną grubością oraz pokryty jest warstwą produktów korozji o odmiennych parametrach. Zespół doszedł do wniosku, że istnieje możliwość, by za pomocą pojedynczego pomiaru określić stopień skorodowania większego obszaru.

Pomiar powierzchniowy przy użyciu ultradźwięków

Na czym jednak dokładnie polega pomiar z wykorzystaniem proponowanej metody?

– Nasza metoda polega na wysłaniu sygnału ultradźwiękowego, który – niczym kamyk wrzucony do wody ­– spowoduje powstanie fali, rozchodzącej się w materiale – mówi prof. Zima – Gdy materiał jest bez żadnych uszczerbków, fale będą rozchodzić się symetrycznie. Jednak w płycie skorodowanej ten kształt zacznie się zaburzać.

Jak wyjaśnia prof. Zima, metoda rozchodzenia się ultradźwięków w powierzchni powłoki pozwala scharakteryzować całą płytę, a nie tylko jej pojedyncze punkty.

Przygotowanie prototypu

Obecnie, pracuje prof. Zima wraz z zespołem pracuje nad projektem pn. „Opracowanie metodyki oraz prototypu systemu monitorowania do oceny stanu konstrukcji powłokowych”. Otrzymał on właśnie dofinansowanie w programie LIDER, organizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Kwota wsparcia wyniosła 1 744 442,50 zł. W ramach projektu konieczne było wykazanie potencjału wdrożeniowego. Niezbędne było więc wsparcie przedstawiciela przemysłu, który wskazał na istotę przeprowadzenia takich badań.

Obecnie trwają pracę nad prototypem urządzenia. Jak tłumaczy naukowczyni, jej zespół musi uwzględnić wiele parametrów, które wpływają na dokładność pomiaru, tak by zaproponowane urządzenie umożliwiało uzyskanie miarodajnych rezultatów.

– Metoda pomiaru, jaką proponujemy, bazuje na pewnego rodzaju uśrednieniu. Dokonujemy mniejszej ilości pomiarów, ale tracimy część informacji. To trudne, by precyzyjnie odwzorować dokładny kształt płyty, ale możliwe jest odwzorowanie rozkładu jej grubości w postaci rozkładu statystycznego – wyjaśnia prof. Beata Zima. – Powierzchnia, jaką jesteśmy w stanie zbadać jednym pomiarem, nie jest nieskończona. Fala ultradźwiękowa tłumi się i z czasem zanika. Potęgują to przeszkody, na które natrafia. Są to zarówno inne elementy statku, jak np. przegrody czy wręgi, ale również sama korozja.

Nie tylko korozja

Kierowniczka projektu podkreśla, jednak że wynalazek może znaleźć zastosowanie nie tylko w przypadku płyt metalowych, narażonych na korozję. Fale ultradźwiękowe sprawdzą się również przy konstrukcjach utworzonych z kompozytu, którego używa się do budowy jachtów,  a które też mogą ulegać rozmaitym uszkodzeniom.

W skład zespołu badawczego, pod kierownictwem prof. Beaty Zimy, wchodzą naukowcy Politechniki Gdańskiej z Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa oraz Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki, a także badacze z Instytutu Maszyn Przepływowych Polskiej Akademii Nauk.

Projekt dofinansowany jest z programu LIDER, prowadzonego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. LIDER jest programem skierowanym do młodych naukowców do 7 lat po doktoracie. Jego celem jest poszerzenie kompetencji w samodzielnym planowaniu prac badawczych oraz zarządzaniu własnym zespołem badawczym, podczas realizacji projektów badawczych, których wyniki mogą mieć zastosowanie praktyczne i posiadają potencjał wdrożeniowy.