Vedoucí laboratoře: Ing. Zdeněk Převorovský, CSc.

Laboratoř provádí výzkum, vývoj a aplikaci nových metod nedestruktivního testování (NDT) a hodnocení (NDE) defektů v různých materiálech a konstrukcích. Diagnostika a zkoušení materiálů či konstrukčních součástí bez jejich porušení či demontáže jsou v praxi velmi důležité z hlediska bezpečnosti, spolehlivosti a životnosti jak vysoce namáhaných jednotlivých dílů, tak i velkých konstrukčních celků, jako jsou letadla a jiné dopravní prostředky, jaderné i klasické elektrárny, tlakové nádoby a potrubní systémy, zařízení pro chemickou výrobu, mostní a jiné stavební konstrukce atd. Defektoskopie, provozní diagnostika a monitorování stavu mechanicky nebo tepelně namáhaných, či korozí napadených součástí umožňuje zavčas rozpoznat výskyt a růst vad v materiálech a odvrátit tak selhání i případné havárie konstrukčních celků.

Výzkum v oblasti nedestruktivního zkoušení je orientován zejména na metody založené na šíření a detekci ultrazvukových vln v tělesech. Progresivní ultrazvukovou metodou, umožňující i kontinuální monitorování konstrukcí za provozu, je detekce akustické emise (AE), což jsou akustické a ultrazvukové vlny vznikající v tělese např. při šíření trhliny, plastické deformaci apod. Pomocí několika piezoelektrických snímačů na povrchu sledované součásti jsou lokalizovány zdroje akustické emise signalizující růst aktivních defektů a poškozování materiálu. K přesnější lokalizaci a automatickému rozpoznávání různých emisních zdrojů v geometricky složitých či anizotropních tělesech jsou v oddělení navrhovány a testovány algoritmy založené na principech umělé inteligence - umělých neuronových sítích (ANN) a neurčitých ("fuzzy") množinách.

Obr.1: Učení neuronové sítě pro lokalizaci zdrojů akustické emise na potrubí

Skryté vady v nezatíženém materiálu se zjišťují pomocí metod ultrazvukového zobrazování, jako je ultrazvuková tomografie a v úzké spolupráci s předními evropskými a americkými laboratořemi jsou vyvíjeny zcela nové metody t.zv. nelineární ultrazvukové spektroskopie (NEWS). Tyto metody jsou až tisíckrát citlivější na přítomnost různých typů defektů než klasické metody ultrazvukové či rentgenové defektoskopie. Jsou založeny na studiu nelineárních jevů při buzení ultrazvukových vln v tělese s defekty, kdy frekvenční odezva silně závisí na budící amplitudě. Velmi citlivá je zejména metoda s nelineární vlnovou modulací, při níž je vyšetřované těleso buzeno dvěma či více ultrazvukovými frekvencemi a nelinearity materiálu mají za následek vznik postranních pásem ve spektrech přijímaných signálů.

Obr.2: Schéma nelineární ultrazvukové spektroskopie části letecké konstrukce

Široké využití jak v průmyslové, tak v lékařské diagnostice nabízí nově vyvíjená metoda nelineární ultrazvukové spektroskopie s časově reverzními zrcadly (TRA), která využívá symetrii řešení vlnové rovnice vůči obrácení časové osy.

Obr.3: Schéma TRA na části letecké konstrukce

Experimentální výzkum je v oddělení podporován numerickými simulacemi šíření elastických vln v tělesech a výsledky simulací jsou vedle teoretického modelování diagnostických procedur využívány i pro optimalizaci rozmístění piezoelektrických měničů na povrchu tělesa, ale také např. pro snazší a rychlejší učení umělých neuronových sítí apod. Další teoretický výzkum je v oddělení zaměřen na nové přístupy ke zpracování signálů, jako jsou waveletová transformace, spektrální analýza vyšších řádů apod.

Obr.4: Simulace šíření ultrazvuku v potahovém panelu křídla cvičného letounu

Výsledky výzkumu jsou aplikovány v leteckém průmyslu (diagnostika leteckých konstrukcí), na jaderných elektrárnách (diagnostika reaktoru a primárního i sekundárního potrubí), chemickém a ropném průmyslu (tlakové nádoby, zásobníky a potrubní systémy), ve stavebním inženýrství (betonové konstrukce) a dalších oborech.

Obr.5: Nelineární ultrazvuková spektroskopie části leteckého podvozku

Specifickou oblastí výzkumu v oddělní také zaměření na biomechaniku lidské kůže – zjišťování mechanických vlastností živé kožní tkáně pomocí ultrazvuku. Výsledky tohoto výzkumu jsou aplikovány jak v lékařství tak v kosmetice.

Obr.6: Výzkum mechanických vlastností živé kožní tkáně pomocí ultrazvuku