Doktorant z Wydziału Elektrycznego ZUT znalazł się na liście 228 laureatów stypendium Ministra Nauki dla wybitnych młodych naukowców.
Mgr inż. Paweł Frankowski jest absolwentem elektrotechniki, informatyki oraz zarządzania. Obecnie przygotowuje rozprawę doktorską w dyscyplinie automatyka, elektronika, elektrotechnika i technologie kosmiczne pt. „Elektromagnetyczny system do oceny stanu struktur żelbetowych” pod kierunkiem prof. dra hab. inż. Tomasza Chady.
W swojej pracy naukowej Pan Paweł skoncentrował się na poszukiwaniu innowacyjnych metod w dziedzinie badań nieniszczących. Mają one pomóc w rozwiązaniu najbardziej aktualnych problemów diagnostyki budowlanej jakimi są oceny stanu i parametrów struktur żelazobetonowych (żelbetowych). W dorobku stypendysty jest ponad 20 artykułów naukowych ściśle związanych z tematyką badań, w tym 4 za 140 pkt (Materials 2022 i 2023) i 1 za 200 pkt (Measurement 2021). Ponadto, na sukces w konkursie Ministra Nauki złożyło się kierownictwo w czterech projektach badawczych (Preludium, VENTURES oraz dwukrotnie Fundusz Młodych Naukowców), współautorstwo dwóch patentów oraz udział w stażu w NTT Comunication, Sensory and Motor Research Group w Tokio w ramach programu Vulcanus in Japan (01.09.2015 – 30.08.2016, EU-Japan Center for Industrial Cooperation).
Zaprojektowane i przetestowane elektromagnetyczne metody badań nieniszczących (NDT z ang. Non-Destructive Testing, czyli testy, które nie ingerują w strukturę; nie prowadzą do jej uszkodzenia) oraz algorytmy związane z szeroko rozumianą identyfikacją pozwalają na zupełnie nieinwazyjną, znacznie szybszą i dokładniejszą niż dotychczas ocenę badanych obiektów, w tym parametrów, które jak dotąd nie były badane (ze względu na brak efektywnych metod). Przeprowadzone prace obejmowały: wykrywanie korozji, identyfikację podstawowych parametrów konstrukcji żelbetowych oraz badanie obszarów trudnodostępnych przy pomocy wspinającego się po ścianach, czteronożnego drona.
Degradacja konstrukcji żelbetowych na skutek korodowania zbrojenia stanowi poważny problem. Większość budowli w tzw. rozwiniętym świecie jest zbudowana z żelbetu i pochodzi sprzed około stu lat. Oznacza to, że czas bezpiecznej eksploatacji tych obiektów dobiegł, lub dobiega już końca. Zbyt wczesne wycofanie obiektu budowlanego z eksplantacji oznacza znaczne straty finansowe, zbyt późne będzie powodować katastrofy budowalne i straty w ludziach. Obecnie około 30% budynków i budowli jest do pewnego stopnia dotkniętych korozją. Udział kosztów spowodowanych tego typu degradacją we wszystkich kosztach związanych z eksploatacją budynków mieszkalnych można szacować na poziomie 15%. W sumie straty powodowane przez korozję szacuje się na 2,5 biliona dolarów rocznie (3,2% światowego PKB), co czyni zagadnienie, którym zajmuje się stypendysta bardzo aktualnym i ważnym. Do wykrywania korozji zaproponowana została nowa, autorska metoda M5 (od ang. Magnetic Force‑Induced Vibration Evaluation). Wykorzystuje ona analizę modalną (podczas badań testowane są drgania własne obiektu). Wibracje zbrojenia wzbudzane są elektromagnetycznie (bez zbędnego wywoływania drgań całej struktury, które mogłyby zafałszowywać wynik), co pozwala na bezpośrednie oddziaływanie na stalowe pręty oraz uniknięcie tłumienia wzbudzenia przez beton. Odczytywanie drgań odbywa się z wykorzystaniem sprzężenia magnetycznego. Pręt zbrojeniowy oddziałuje z magnesem trwałym znajdującym się nad próbką. W efekcie magnes drga z częstotliwością i amplitudą odpowiadającym drganiom pręta zbrojeniowego. Do monitorowania drgań wykorzystany został połączony mechanicznie z magnesem, czuły akcelerometr.
Metoda M5 jako pierwsza (w odniesieniu do badania żelbetu) łączy w sobie zalety metod magnetycznych (bezpośrednie oddziaływanie na zbrojenie, umożliwiające uniknięcie tłumienia wywoływanego przez beton) oraz mechanicznych (możliwość badania drgań własnych). Uzyskiwany sygnał jest silny, powtarzalny i praktycznie nie zaszumiony, co pozwala na dokładną identyfikację struktur.
W swoich badaniach doktorant WE podjął również problem jednoczesnej identyfikacji podstawowych parametrów struktur żelbetowych (jednoczesna identyfikacja grubości otuliny betonowej, oraz średnicy i rodzaju stali zbrojeniowej) metodami nieniszczącymi. Zagadnienie to jest istotne z perspektywy inwestorów, oraz inspektorów budowlanych, a dotyczy głównie obiektów nowych i tych jeszcze w budowie. Opracowane metody umożliwiają zbadanie zgodności zastosowanych materiałów i metod z projektem, bez konieczności wywoływania przerw w eksplatacji/budowie lub generowania uszkodzeń. Metody te mogą być wykorzystane np. w ramach testów odbiorczych. Za największe osiągnięcie doktoranta w tym obszarze należy uznać zaprojektowanie wieloczujnikowej metody magnetycznej umożliwiającej połączenie badań obszarowych (wiele punktów w tym samym czasie) z dokładną identyfikacją wszystkich podstawowych parametrów struktury. Podobnie jak w przypadku wykrywania korozji nie istniała dotychczas praktycznie żadna metoda nieniszcząca o zbliżonym potencjale.
Fot. Kamila Kozioł/ZUT
