Applying of ultrasound to determine the strength of ice | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 4 мая, печатный экземпляр отправим 8 мая.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Белистов, А. А. Applying of ultrasound to determine the strength of ice / А. А. Белистов, Е. Е. Помников, Т. Э. Уварова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 20 (362). — С. 8-13. — URL: https://moluch.ru/archive/362/81012/ (дата обращения: 24.04.2024).



The paper presents the results of studying the strength of ice for uniaxial compression and comparison with ultrasound velocity. The determination of the strength properties of ice was carried out by the destruction of samples (cores) cut out in the ice cover using a standard method using a stationary press. The ultrasonic method for determining the strength of a material belongs to physical non-destructive quality control methods. It is based on the relationship between the propagation velocity of ultrasonic vibrations in a material and its density, dynamic modulus of elasticity and, accordingly, strength.

The purpose of the article is to determine dependence between ultrasound velocity and strength of ice.

Key words: ice, strength, ultrasound, location, temperature.

Ultrasonic testing of strength and defects in some materials is one of the most effective non-destructive testing methods. In addition to strength, in a similar way you can determine the presence of voids and other defects throughout the thickness of the material.

Ultrasound is widely used to check various structural materials for defects. In particular, in addition to concrete, ultrasonic “transillumination” is used to check for hidden casting defects, critical welds and other products. At the same time, the essence of the technology is quite simple — ultrasonic waves generated by a special installation “having encountered” voids and other defects change their speed. By measuring the speed, this value is compared with special tables, and in this way, the strength and integrity of concrete or other product being tested are evaluated.

At this point in time, there are two main methods for testing concrete with ultrasound:

  1. End-to-end sounding — transillumination occurs through the entire thickness of the structure. In this case, the sensors for measuring the speed of ultrasonic waves are located on opposite sides of the tested reinforced concrete product;
  2. Surface sounding — ultrasound velocity measurement sensors are located on one side of the tested reinforced concrete product.

151

Fig. 1. Ultrasonic testing method for concrete: a) end-to-end sounding; b) Surface sounding

Compared to other NDT methods ultrasonic method has important advantages:

– high sensitivity to the most dangerous defects like cracks and lack of penetration

– low cost

– safety for humans (unlike x-ray radiography)

– the ability to control directly at the workplace without disturbing the process

– when conducting ultrasonic testing of the object under investigation is not damaged

– the ability to control products from a variety of materials, such as metals and nonmetals.

The disadvantages of ultrasonic inspection method include the inability to assess the real size and nature of the defect, difficulties in controlling metals with coarse-grained structure due to the large scattering and strong attenuation of ultrasound, as well as increased demands on the state of the surface control (roughness and waviness)

Location

Novik Bay is located in the Japan Sea near the coast of the Russian Island. Novik Bay is long, narrow in shape and wedges deeply into the coast of the Russian Island.

Methodology description

To determine the strength in Novik Bay, 67 samples were taken in three areas of the ice field.

  1. Cylindrical ice samples are made using a Kovacs Enterprise core sampler.
  2. Each sample was labeled in accordance with the place from where it was taken
  3. Temperature was measured in each sample
  4. Samples in plastic boxes were delivered to the laboratory
  5. Then were cut off the extra parts of the samples and measured the height and diameter
  6. Application of the ultrasonic method for determining the strength of ice. Measurements are takes two times. Sounding by end-to-end method (from top to bottom). The readings of the device are records in the test log.
  7. Then each sample were tested in laboratory conditions on a stationary press Shimadzu with connected laptop.
  8. All the data obtained were summarized in tables which are presented below.

Results of experiment


Table 1

Log of an experiment

Core

Ultrasound, m/s

Δ, mm

F, kN

σ , MPa

Е, MPa

t, C

Diamete r , mm

Height, mm

1

A1 top 1

2895

5,3

30,34

4,771456

899,5957

-2,5

90

234

2

A1 bot 1

2885

3,7

24,64

3,874703

1053,452

-2,1

90

233

3

A1 top 2

2893

5,3

24,57

3,864433

732,0875

-2,5

90

233

4

A1 bot 2

2857

5,2

18,26

2,871479

557,2214

-1,7

90

232

5

A1 top 3

2860

3,8

33,52

5,272124

1376,915

-2,3

90

232

6

A1 bot 3

2902

3,7

41,70

6,5576

1794,4

-2,6

90

232

7

A1 bot 4

2873

4,8

20,31

3,193835

664,9141

-2,5

90

232

8

A1 top 4

2911

4,2

31,05

4,883227

1161,716

-2,6

90

230

9

K11 bot 1

2796

3,5

15,69

2,467956

699,5083

-1,6

90

230

10

K11 top 1

2843

4,6

19,22

3,022883

660,3208

-1,8

90

230

11

K11 top 2

2895

3,7

27,24

4,284548

1156,773

-1,7

90

234

12

K11 bot 2

2864

3,7

19,04

2,993662

813,8733

-1,2

90

231

13

K11 top 3

2872

3,7

27,82

4,375875

1189,475

-1,5

90

232

14

K11 bot 3

2830

4,6

15,09

2,373783

518,5027

-0,6

90

234

15

K11 top 4

2862

5,5

22,06

3,468633

630,264

-2,5

90

233

16

K11 bot 4

2845

4,9

21,45

3,373712

688,0213

-1

90

234

17

A11 top 1

2940

3,8

32,11

5,049792

1336,203

-2

90

234

18

A11 bot 1

2884

3,2

21,94

3,450798

1094,421

-1,8

90

231

19

A11 top 2

2906

3,4

23,39

3,678163

1096,944

-2,5

90

233

20

A11 bot 2

2893

5,2

19,83

3,118157

602,1549

-1,9

90

233

21

A11 top 3

2891

5,8

23,19

3,647338

633,9702

-2,8

90

231

22

A11 bot 3

2826

5,2

16,90

2,65786

515,7788

-1,5

90

233

23

A11 bot 4

2848

5,4

27,64

4,346434

804,3455

-1,7

90

235

24

A11 top 4

2913

2,6

31,94

5,023606

1930,055

-2,5

90

235

25

G1 (top) 1

2899

6,8

16,98

2,670441

392,7119

-1

90

235

26

G1 (bot) 1

2873

9,18

16,89

2,656287

289,3559

-0,9

90

231

27

G1 (top) 2

2881

9,55

12,53

1,970591

206,3446

-1

90

233

28

G1 (bot) 2

2848

5,5

14,70

2,311866

420,3393

-0,8

90

233

29

G1 (mid) 1

2892

4,08

27,22

4,280884

1049,236

-1,6

90

234

30

G1 (mid) 2

2872

10,78

9,81

1,542817

143,1184

-1,5

90

233

31

G5 (mid) 1

2921

6,85

20,25

3,184713

464,9217

-0,9

90

232

32

G5 (mid) 2

2865

6,23

13,76

2,164032

347,3567

-1,3

90

233

33

G5 (top) 1

2869

5,5

22,84

3,592042

653,0986

-1,2

90

237

34

G5 (bot) 1

2833

6,98

5,65

0,888574

127,3029

-0,5

90

230

35

G5 (top) 2

2865

4,93

13,84

2,176614

441,5039

-1,2

90

235

36

G5 (bot) 2

2855

8,05

20,72

3,25863

404,7988

-1,1

90

235

37

K5 (top) 1

2856

8

11,03

1,734686

216,8357

-0,9

90

237

38

K5 (bot) 1

2777

6,8

6,51

1,023826

150,5627

-0,5

90

233

39

K5 (top) 2

2871

4,23

20,61

3,241331

766,272

-1,2

90

233

40

K5 (bot) 2

2834

7,59

7,74

1,217268

160,3779

-0,9

90

230

41

K5 (top) 3

2930

8,63

15,04

2,365338

274,0832

-1,4

90

232

42

K5 (bot) 3

2813

7,23

9,73

1,530235

211,6508

-1,2

90

233

43

K1 (top) 1

2899

6,08

14,30

2,248958

369,8944

-1,2

90

234

44

K1 (bot) 1

2850

10

21,54

3,387591

338,7591

-1,1

90

235

45

K1 (top) 2

2894

5,15

16,70

2,626406

509,9817

-1,6

90

235

46

K1 (bot) 2

2873

6,73

13,04

2,050798

304,7248

-0,7

90

234

47

K1 (top) 3

2829

6,65

15,65

2,461272

370,1161

-1,2

90

233

48

K1 (bot) 3

2797

6,23

9,81

1,542817

247,6431

-1,1

90

233

49

K1 (top) 4

2942

6,9

18,87

2,967681

430,0987

-1,5

90

238

50

K1 (bot) 4

2891

8,35

16,95

2,665723

319,2483

-0,6

90

233

51

K8 bot 1

2866

4,4

15,47

2,432964

552,9463

-0,9

90

235

52

K8 top 1

2901

8

17,46

2,745931

343,2413

-2,2

90

237

53

K8 top 2

2869

4,75

29,38

4,620587

972,7551

-1,2

90

235

54

K8 bot 2

2851

8,93

13,92

2,189196

245,1507

-0,8

90

230

55

K8 top 3

2882

5,33

15,93

2,505308

470,039

-1

90

233

56

K8 bot 3

2860

8,3

13,93

2,190768

263,948

-0,8

90

227

57

D8 top 1

2880

7,35

19,09

3,00228

408,4735

-0,9

90

235

58

D8 bot 1

2867

7,55

11,69

1,838484

243,5078

-0,5

90

233

59

D8 top 2

2887

5,85

13,96

2,195486

375,2968

-0,9

90

232

60

D8 bot 2

2855

7,88

18,56

2,918927

370,4223

-0,4

90

230

61

D8 top 3

2834

5,58

13,28

2,088543

374,2908

-0,9

90

232

62

D8 bot 3

2804

5,85

19,89

3,128096

534,7173

-0,4

90

233

63

D1 mid

2812

6,13

12,67

1,992608

325,0585

-0,8

90

234

64

D1 top 2

2860

7,78

19,80

3,113942

400,2496

-0,8

90

233

65

D1 bot 2

2843

7,13

16,60

2,610679

366,1541

-0,7

90

232

66

D1 top 3

2826

9,43

12,58

1,978454

209,8042

-1

90

230

67

D1 bot 3

2794

4,58

10,93

1,718959

375,3185

-0,7

90

226


The press test was carried out with constant loading rates — 2.5 mm/s. Also all samples have diameter 90 mm.

Fig. 2. Correlation between strength and ultrasound velocity

Fig. 3. Correlation between strength and ultrasound velocity taking into account the location of the sample in the core

Fig. 4. Correlation between strength and ultrasound velocity taking into account the temperature of the sample

Conclusion

Based on the results obtained, it is obvious that there is a relationship between the strength of ice and the speed of ultrasound through it. In this work, the location of the sample in the core and the temperature of the samples were also taken into account. The correlation coefficient shows that the relationship is not strong enough, therefore, this method should be studied in more depth.

References:

  1. SP 38.13330.2012 Loads and impacts on hydraulic structures (wave, ice and from ships). Updated edition of SNiP 2.06.04–82 *.
  2. ISO 19906.2010 Petroleum and natural gas industries — Arctic offshore structures.
  3. Bekker A. T. Program of Experimental Study of the Three-Dimensional Ice Strength Distribution for Ice Force Analysis / Proc. Offshore and Polar Engineering Conference. Los Angeles, 1996.
  4. Proceedings of the Third International Scientific Conference
  5. CAN/CSA-S471–04. General requirements, design criteria, the environmental and loads, National Standard of Canada, app. Dec. 2005.
  6. API RP 2N. Recommended practice for planning, designing and construction structures and pipelines for Arctic conditions / Amer. Petroleum Inst. Bulletin. Dallas, 1995.
  7. Stepanyuk I. A. Sea ice testing and modeling technologies / Hydrometeizdat. Saint-Petersburg, 2001
Основные термины (генерируются автоматически): API, CAN, ISO, NDT.


Ключевые слова

ultrasound, temperature, strength, ice, location

Похожие статьи

CAN-протоколы низкого уровня | Статья в журнале...

CAN-протоколы низкого уровня. Авторы: Жуковский Павел Александрович, Авсеенок Максим Константинович.

Первые версии CAN систем задумывались как устройство для управления подвеской и трансмиссией автомобиля в реальный момент времени: ранних ESP (Electronic...

Модель интеллектуального пункта пропуска таможенных органов...

В статье авторы представляют подход к реализации модели интеллектуального пункта пропуска, основанной на создании единой цифровой платформы, объединяющей информационные базы различных контролирующих органов в пункте пропуска.

Анализ необходимости внедрения новой версии стандарта систем...

Проводится анализ изменений относительно базового стандарта ISO 9001 «Системы менеджмента качества. Требования». Даётся обоснование внедрения новой ревизии стандарта AS9100D в России и приводятся особенности текущего состояния российского сегмента рынка...

Технология широкополосного беспроводного доступа

В статье рассматриваются возможности технологии широкополосного беспроводного доступа в сетях WiMAX...

Методы неразрушающего контроля | Статья в журнале...

На производстве неизменно важно качество, связанное со сроком службы изделия. Чтобы не допустить брака, применяется технический контроль, который в статье представлен видами разрушающего, технического и неразрушающего контроля. Для упрощения запоминания...

Интернет-банкинг за рубежом: история и современное состояние

Библиографическое описание: Назаренко, В. А. Интернет-банкинг за рубежом: история и современное состояние / В. А. Назаренко, Е. В. Бочкова. — Текст : непосредственный // Экономика, управление, финансы : материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2015...

Современные инструменты продвижения косметических брендов...

В статье рассматриваются современные инструменты продвижения в социальных медиа, которые могут использовать косметические бренды в своей маркетинговой стратегии.

Разработка системы автоматизированного тестирования

В ходе данного исследования был рассмотрен процесс разработки системы автоматизированного тестирования. Для разработки приложения нами использовалась среда Microsoft Visual Studio 2010 Ultimate.

Языки аналитические и синтетические | Статья в журнале...

Наибольшее распространение явление получило в австронезийских языках, где удвоение используется как для словообразования, так и для словоизменения. Пример полной редупликации из индонезийского: apiapi (спички) — api (огонь); самоан. solosolo (носовой...

Похожие статьи

CAN-протоколы низкого уровня | Статья в журнале...

CAN-протоколы низкого уровня. Авторы: Жуковский Павел Александрович, Авсеенок Максим Константинович.

Первые версии CAN систем задумывались как устройство для управления подвеской и трансмиссией автомобиля в реальный момент времени: ранних ESP (Electronic...

Модель интеллектуального пункта пропуска таможенных органов...

В статье авторы представляют подход к реализации модели интеллектуального пункта пропуска, основанной на создании единой цифровой платформы, объединяющей информационные базы различных контролирующих органов в пункте пропуска.

Анализ необходимости внедрения новой версии стандарта систем...

Проводится анализ изменений относительно базового стандарта ISO 9001 «Системы менеджмента качества. Требования». Даётся обоснование внедрения новой ревизии стандарта AS9100D в России и приводятся особенности текущего состояния российского сегмента рынка...

Технология широкополосного беспроводного доступа

В статье рассматриваются возможности технологии широкополосного беспроводного доступа в сетях WiMAX...

Методы неразрушающего контроля | Статья в журнале...

На производстве неизменно важно качество, связанное со сроком службы изделия. Чтобы не допустить брака, применяется технический контроль, который в статье представлен видами разрушающего, технического и неразрушающего контроля. Для упрощения запоминания...

Интернет-банкинг за рубежом: история и современное состояние

Библиографическое описание: Назаренко, В. А. Интернет-банкинг за рубежом: история и современное состояние / В. А. Назаренко, Е. В. Бочкова. — Текст : непосредственный // Экономика, управление, финансы : материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2015...

Современные инструменты продвижения косметических брендов...

В статье рассматриваются современные инструменты продвижения в социальных медиа, которые могут использовать косметические бренды в своей маркетинговой стратегии.

Разработка системы автоматизированного тестирования

В ходе данного исследования был рассмотрен процесс разработки системы автоматизированного тестирования. Для разработки приложения нами использовалась среда Microsoft Visual Studio 2010 Ultimate.

Языки аналитические и синтетические | Статья в журнале...

Наибольшее распространение явление получило в австронезийских языках, где удвоение используется как для словообразования, так и для словоизменения. Пример полной редупликации из индонезийского: apiapi (спички) — api (огонь); самоан. solosolo (носовой...

Задать вопрос