РОЗДІЛ 2
МОДЕЛЬ КІЛЬКІСНОЇ ОЦІНКИ РАННІХ СТАДІЙ РУЙНУВАННЯ БЕТОНУ І ЗАЛІЗОБЕТОНУ ЗА ПАРАМЕТРАМИ
СИГНАЛІВ АКУСТИЧНОЇ ЕМІСІЇ
Для дослідження процесів руйнування використовують різні моделі: математичні, імітаційні, функціональні тощо. Особливо важливо створити модель руйнування бетону і залізобетону на ранніх стадіях цього процесу. Адже реальні будівельні споруди діагностують саме на виявлення такого руйнування, щоб не допустити подальшого катастрофічного їх розвитку.
Для отримання необхідної АЕ-інформації під час діагностування чи моніторингу виробів та конструкцій з бетону і залізобетону необхідно встановити кількісні зв'язки між параметрами САЕ та механізмами руйнування їх компонент структури під впливом механічних навантажень. Першочергово це необхідно зробити для квазістатичного навантаження,
оскільки вироби та елементи конструкцій із цих матеріалів здебільшого працюють саме під таким навантаженням. Отримані залежності дозволять кількісно оцінити за параметрами САЕ технічний стан реальнодіючих елементів конструкцій та споруд, зроблять суттєвий внесок у вирішення проблеми забезпечення прогнозування надійності та довговічності будівель і споруд довготривалої експлуатації.
В даному розділі розглядається створення описової моделі виявлення зародження та розвитку ранніх стадій руйнування у бетоні та залізобетоні за кількісними показниками САЕ.
2.1. Визначення моделей та їх класифікація
Для розв'язку прикладних задач, необхідно абстрагуватися, виокремлювати суттєві характеристики об'єкта чи системи досліджень. Для цього створюють моделі. Модель представляє об'єкт, систему чи поняття в деякій формі, що відмінна від реальної суті та є засобом, що допомагає у
поясненні чи вдосконаленні системи. Модель будь-якого об'єкту може бути його точною копією (виконана із того ж чи іншого матеріалу та в іншому масштабі) або відображати деякі певні характерні властивості об'єкта в абстрактній формі [70].
Найважливішим у процесі моделювання є вибір моделі та перенесення результатів досліджень на оригінал. Для розв'язку цих задач існують, як загальні, так і спеціальні методи. Під час розробки моделі насамперед потрібно прагнути до розумного балансу її точності (підвищення якої, зазвичай, досягається ускладненням формулювань) і простоти оптимізації. Найпоширенішим способом досягнення такого балансу є "покрокове"
уточнення моделі. Цей прийом використовують для створення моделей, що містять багатоскладову систему.
Загальна класифікація сучасних моделей приведена рис. 2.1 [71]. Як бачимо, моделі поділяються на два напрямки - речові (сюди належать
конкретні пристрої, наприклад, авіамоделі, полігони з відповідними макетами для випробувань машин та конструкцій) та символьні (фіксація, побудова та опис об'єкта чи явища подаються за допомогою якоїсь мови). В свою чергу символьні моделі поділяють на словесно-описові та математичні. Словесно-описові моделі описують об'єкт чи явище розмовною мовою. Ці моделі добре описують ситуацію чи поведінку об'єкта, але вони погано формалізуються і, зазвичай, є проміжним етапом створення кінцевої моделі для аналізу процесів.
Рис. 2.1. Загальна класифікація сучасних моделей. Математичні моделі служать для формування комплексів математичних залежностей і знаково-логічних виразів, які відображають найсуттєвіші характеристики об'єкта, що вивчається. Ці моделі є найбільш абстрактними і досить поширені у системних дослідженнях. Під час створення математичної моделі слід перевіряти чи адекватно вона описує систему або об'єкт.
Математичні моделі поділяють на аналітичні та імітаційні. В аналітичному моделюванні процеси функціонування складної системи записують у вигляді деяких функціональних залежностей (алгебраїчних, інтегральних, диференціальних тощо) або системою логічних умов. Аналітичну модель можна досліджувати: аналітично (в загальному вигляді отримують явні залежності для шуканих величин), чисельно (не маючи рішень в загальному вигляді, застосовується обчислювальна техніка, щоб отримати числові результати за конкретних числових даних) та якісно (не маючи розв'язку в явному вигляді, можна знайти деякі його властивості).
Імітаційне моделювання нагадує фізичний експеримент, в якому забезпечується подібність процесів, що проходять як у моделі, так і в реальному об'єкті, а також є можливість отримання наочних результатів моделювання. Перевагою імітаційних моделей є можливість моделювання навіть у тих випадках, коли аналітичні моделі або відсутні, або через складність системи не дають корисних з практичного погляду результатів. Імітаційне моделювання також дозволяє урахувати вплив великого числа випадкових і детермінованих факторів, а також складних залежностей під час введення у модель відповідних елементів та операцій. Іноді застосовуються імітаційні моделі, що відображають тільки структурно-топологічні властивості об'єкта (тобто об'єкт задається за допомогою матриці, графу та ін.) або аналізуються тільки функціональні залежності.
Якщо знання про об'єкт отримують на основі вивчення фізичних закономірностей функціонування об'єкта дослідження, а структура і параметри моделей мають певне фізичне трактування, тоді таку модель називають теоретичною. Формальні моделі отримують на основі порівняння властивостей об'єкта, що моделюється, в середовищі дослідження. У більшості випадків теоретичний підхід дозволяє отримати універсальніші математичні моделі. Формальні моделі описують точніше ту частину предметної області дослідження, де вони визначалися, і менш точні далі від неї [72].
2.2. Фактори, що спричинюють зародження та розвиток ранніх
стадій руйнування бетону і залізобетону
Технічний стан споруди у цілому характеризується комплексом дефектів його елементів. Найпоширенішими серед дефектів, як було наведено вище, є дефекти типу тріщин, що зумовлюють крихке руйнування бетону елементів будівельних конструкцій. Однак зародження та розвиток макротріщини (МТ) не відбувається миттєво,