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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2022.tde-12012023-165216
Document
Author
Full name
Gabriel Ferrara Bilesky
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2022
Supervisor
Committee
Celestino, Tarcisio Barreto (President)
Fontoura, Sergio Augusto Barreto da
Mendonça, Carlos Alberto
Title in Portuguese
Tomografia de velocidades e localização de eventos de emissão acústica em ensaios de compressão diametral
Keywords in Portuguese
Compressão Diametral
Emissão Acústica
Mecânica das Rochas
Mecânica do Dano
Problemas Inversos
Tomografia
Abstract in Portuguese
Quando carregados, corpos de prova de rocha experimentam um processo de propagação de microfissuras. Essencialmente, energia de deformação é liberada pela abertura de fraturas, com dois efeitos diretos: a danificação de uma porção do maciço e a emissão de um sinal de emissão acústica (EA).
Tradicionalmente, os sinais de EA são tratados de maneira dissociada do problema de danificação. Assim, ignora-se o duplo papel do microfissuramento, o qual é tanto a fonte de emissão acústica quanto o agente deteriorador da rocha. Isto é, não só o microfissuramento emite um sinal acústico como altera localmente velocidade de propagação de onde do meio.
Este trabalho se propõe a desenhar uma abordagem acoplada para o tratamento de sinais de EA. Dessa forma, posiciona o estudo não só em termos de localização de fontes, mas de tomografia de velocidades de propagação de onda.
Em particular, formula-se o problema como a inversão conjunta da posição dos eventos e dos coeficientes de uma função. Esta última relaciona ocorrências pretéritas de fraturamento com velocidade de propagação de onda. Sua forma funcional é derivada tanto partindo do arcabouço conceitual da Mecânica do Dano como de maneira empírica, avaliando resultados de ensaios de laboratório.
A abordagem proposta é implementada em um código computacional especificamente desenvolvido. Este programa é utilizado, então, para reinterpretar um dos ensaios de compressão diametral instrumentados em mármore de RODRÍGUEZ (2015). Ao fazê-lo, conclui-se que o método fornece resultados razoáveis para a região pré-pico, mas não além dela. Isso é esperado considerando o limite de validade da hipótese de dano difuso, subentendida no arcabouço da Mecânica do Dano.
Title in English
Wave-velocity tomography and acoustic emission source localization for the Brazilian test
Keywords in English
Acoustic Emission
Damage Mechanics
Diametral Compression
Inverse Problems
Rock Mechanics
Tomography
Abstract in English
During loading of a rock specimen, crack propagation leads to energy release. This, in turn, causes two main effects: Acoustic Emission (AE) and a local increase in the level of damage.
Usually, AE signal processing is completely dissociated from any mechanical consideration about damage. Therefore, such computations overlook the fact that microcracking is not only the source of AE, but also the driver behind changes in mechanical properties of the specimen. They neglect that microcracking affects the wave velocity of the medium around it.
This thesis formulates a coupled approach for AE signal processing. In doing so, it poses the problem of source localization in terms of wave-velocity tomography.
Specifically, it presents a formulation for simultaneously inverting the position of each AE event and the coefficients of a function. This function describes how previous microcracking affects wave velocity in a given region. It also examines the shape of said equation, building upon results from Damage Mechanics and from empirical observation of laboratory testing results.
The presented framework is also coded into a bespoke software, enabling the analysis of heavily-instrumented Brazilian tests in marble presented by RODRÍGUEZ (2015). From there, it is possible to conclude that the approach leads to reasonable results only for the prepeak portion of the test. This is reasonable considering the limitations of the underlying hypothesis of diffuse damage, a cornerstone of Damage Mechanics.
 
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Publishing Date
2023-01-13
 
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