Ha nem is látszik a repedés, attól még hallani

Bármely építmény fémvázán végighaladó zörejek elemzéséből következtetni lehet az anyag fáradására, méghozzá anélkül, hogy meg kellene bontani a szerkezetet.

Sok szerkezeti sérülés láthatatlan

Modern világunkban rengeteg híd van: nemcsak a nagyvárosokban szolgáló, mindenki által ismert építmények, hanem rengeteg apróbb szerkezet, amelyet talán észre sem veszünk, mert mondjuk egy autóút része.

De akármekkora is legyen a híd, létfontosságú, hogy megbízhatóan üzemeljen.

A nagyobb hidaknak saját hídmesterük van, aki naponta végigjárja és ellenőrzi az építményt. Igen ám, de világszerte számtalan olyan híd áll, amelyet csak alkalmanként vizsgálnak meg – ha egyáltalán. Ráadásul a szerkezeti sérülések nem feltétlenül szembeötlőek.

A Brooklyn-híd New Yorkban Forrás: Vigh Bori

Az efféle problémák kiküszöbölésére szolgálhat az a módszer, amelynek lényege, hogy a híd vázára az okostelefonokból ismert gyorsulásmérő szenzorokat telepítenek, és amikor áthalad egy teherautó felettük,

a szenzorok érzékelik a híd rezgéseit.

Ha sérült a szerkezet, az anyagban való haladás közben fokozott mértékben gyengülnek a jelek.

Forrás: Thinkstock

"Ezért a terheléstől távolabb lévő szenzorok adatai is sokatmondóak – mondta az egyik fejlesztő, Erik M. Bollt, a New York állambeli Clarkson Egyetem matematika professzora. – A híd ugyanis ahhoz hasonlóan rezeg a terhelés hatására, mint egy megpendített gitárhúr". A kutatási eredményeket a nemlineáris tudományokkal foglalkozó Chaos szakfolyóirat közölte.

Nemcsak az önálló jelek árulkodók, hanem a közöttük lévő kapcsolat

Míg egy okostelefonba azért tesznek gyorsulásmérőt, hogy különféle mozgásokkal vezérelhessük a készüléket, addig az új vizsgálatban

a gyorsulásmérők a terhelés hatására ébredő erők "lehallgatására" használhatók,

illetve annak vizsgálatára, hogyan halad tovább a rezgés a híd szerkezetében. "Ha a szerkezetben valamilyen változás következik be, például kialakul egy repedés, akkor a jelek haladása megváltozik.

A Szabadság híd Budapesten Forrás: MTI/Kovács Tamás

A módszerrel a szándékos, de még észrevétlen rongálások is észlelhetők", mondta Bollt. A három matematikusból és egy mérnökből álló kutatócsoport az információ- és kódelméletből ismert adatfeldolgozási eljárás általuk továbbfejlesztett változatával (optimális kölcsönös információs interakció, optimal mutual information interaction, oMII) elemezte a szenzorok jeleit, mert ezzel lehetséges egy rendszer elemei között kialakuló egyedi kapcsolatokat azonosítani.

Az volt a célunk, hogy olyan interakciókat kutassunk fel, amelyekkel megjósolhatók a híd rezgései terhelés hatására"

– mondta Jie Sun társszerző. – Ha az elvárttól eltérő eredményt kapunk, akkor az megkérdőjelezi a híd épségét."

A skót forth-i vasúti híd Forrás: Flickr / Duncan McNeil

A kutatás azért különleges,

mert két eljárást egyesít a szerkezeti sérülések felmérésére.

Az egyik az automatikus adatgyűjtés, és másik az adatelemzés, amely vizsgálja az információáramlást és az adatinterakciókat.

A Mária Valéria híd Esztergomnál Forrás: MTI/H. Szabó Sándor

"A kettő ötvözésével kísérleteink során képesek voltunk pusztán az adatokból megállapítani, hogy van-e és hol van a vizsgált híd szerkezetében eltérés", mondta Sun.

Adatokkal teszik hallhatóvá a láthatatlan sérüléseket

A hidak létfontosságú eszközök arra, hogy valamely akadály két oldalán lévő területek között kapcsolatot teremtsünk. Épp ezért fontos, hogy ha bármilyen károsodás éri a szerkezetüket, arról mielőbb tudomást szerezzen a fenntartó. Csakhogy nagyon költséges hídmestereket alkalmazni minden vizsgálatra.

Hortobágy, a kilenclyukú híd Fotó: Tuba Zoltán - Origo

A Clarkson Egyetem kutatói a modern szenzoros technológiát ötvözték a legújabb elemző módszerekkel

a hídellenőrzés automatizálásának megteremtésére. "Ezzel lehetővé válik a szerkezeti változások korai észlelése roncsolásmentes módon", mondta Bollt. A gyorsulásmérők ára egyre csökken, hiszen már minden okostelefonban találunk ilyet. A költséghatékony új eljárással nemcsak hidak, hanem szélturbinák, épületek és repülőgépek is megvizsgálhatók.

Tűzijáték a budapesti Szabadság híd felett Forrás: AFP/Attila KISBENEDEK/Attila Kisbenedek

A kutatócsoport olyan adatbázist állít össze, amely számítógéppel könnyen szimulálható és tesztelhető hídmodelleket tartalmaz, hogy meghatározzák a módszerük széles körben történő alkalmazásához szükséges paramétereket. "A gyakorlatban is próbálgatjuk az eljárást, most repülőgépszárnyakat fogunk megvizsgálni különféle időjárási viszonyok mellett", mondta Erik M. Bollt.