Title (eng)
Analysis of Crackling Noise in porous materials by strain drop measurements
Parallel title (deu)
Untersuchung von Crackling Noise in porösen Materialien durch Messungen der Belastungsabfälle
Author
Sabine Friedericke Puchberger
Advisor
Schranz Wilfried
Assessor
Schranz Wilfried
Abstract (deu)
Diese Masterarbeit untersucht das Konzept von 'Crackling' in nanoporösen Materialien (im Speziellen Gelsil und Vycor, beides Si02-basierte synthetische Materialien).
'Crackling' bezieht sich hier auf eine ruckartige Antwort eines Systems auf eine veränderliche äußere Bedingung, wie eine antreibende Kraft. Die Störung des Systems durch die äußere Kraft resultiert in ruckartigen Ereignissen (Lawinen) in einer Vielzahl von Größen. Solche 'Crackling'-Ereignisse können in verschiedenen Systemen auftreten, vom Zerknüllen von Papierstücken bis hin zu Erdbeben. Aktuelle Arbeiten zeigen, dass vielen dieser Systeme, in denen solch ruckartige Ereignisse auftauchen, ähnliche Potenzgesetze zugrunde liegen.
Im Fall von porösen Materialien kann 'Crackling' beobachtet werden, wenn das Material zusammengepresst wird und Lawinen, durch korreliertes Brechen von nanometergroßen Poren, auftreten. Dadurch verformt sich die Probe nicht gleichmäßig sondern in kleinen Sprüngen. Neue Studien an porösen Materialien haben gezeigt, dass dieses Verhalten analysiert werden kann, indem auf eine Probe eine Druckspannung ausgeübt wird und gleichzeitig die Schallemission gemessen wird.
Die Hauptaufgabe während dieser Arbeit war es eine neue Methode für die Untersuchung von 'Crackling' in porösen Materialien zu analysieren. Diese neue Methode beinhaltet Experimente mit einem dynamischen mechanischen Analysator, mit welchem sowohl die Druckkraft auf die Probe langsam in Raten von etwa 0.1 mN/s - 10mN/s aufgebracht wurde, als auch die Veränderungen der Probenhöhe gemessen wurden. Tatsächlich wurden ähnliche Potenzgesetze der 'Crackling'-Ereignisse wie in Schallemissionsexperimenten gefunden, deren Exponenten auch mit den berechneten Werten der Molekularfeldtheorie übereinstimmen.
Abstract (eng)
This master thesis investigates the concept of crackling in nanoporous materials (especially Gelsil and Vycor, both Si02-based synthetic materials).
In this case, crackling refers to a jerky response of a system to changing external conditions like a driving force. The disturbance of the system through external forces results in impulsive events (avalanches) of a variety of sizes. Crackling events can occur in different systems ranging from crumpling pieces of paper to earthquakes and it has been discovered that many of those systems exhibiting crackling events show similar power-law statistics.
In the case of porous materials crackling can be observed when the material is compressed and avalanches occur due to the correlated nanometer-scaled pore breaking. Recent studies on selected porous materials have shown that this behavior can be analyzed by applying a compressive force on the sample and simultaneously measuring the acoustic emission (AE).
The main task during the work on this thesis was to analyse and introduce a new method for studying crackling in porous materials. This new method included experiments performed with a Dynamic mechanical analyzer (DMA), which was responsible for both applying a compressive force rather slowly in rates of 0.1 mN/s - 10mN/s and measuring the sample deformation. It was of utmost importance to find out whether similar power-law behaviors of the avalanche statistics as in AE experiments can be obtained by measuring the jerky evolution of the sample height.
It was discovered that critical exponents of such avalanche distributions hold for more than three orders of magnitude and are even in good agreement with the expected exponent values estimated by mean-field-theory. Additionally, the exponents showed good correspondence with the exponents from AE experiments.
Keywords (eng)
CracklingporousavalanchesDMAvycorgelsil
Keywords (deu)
LawinenporöscracklingDMAvycorgelsil
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1324374
rdau:P60550 (deu)
99 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
101
Association (deu)
Title (eng)
Analysis of Crackling Noise in porous materials by strain drop measurements
Parallel title (deu)
Untersuchung von Crackling Noise in porösen Materialien durch Messungen der Belastungsabfälle
Author
Sabine Friedericke Puchberger
Abstract (deu)
Diese Masterarbeit untersucht das Konzept von 'Crackling' in nanoporösen Materialien (im Speziellen Gelsil und Vycor, beides Si02-basierte synthetische Materialien).
'Crackling' bezieht sich hier auf eine ruckartige Antwort eines Systems auf eine veränderliche äußere Bedingung, wie eine antreibende Kraft. Die Störung des Systems durch die äußere Kraft resultiert in ruckartigen Ereignissen (Lawinen) in einer Vielzahl von Größen. Solche 'Crackling'-Ereignisse können in verschiedenen Systemen auftreten, vom Zerknüllen von Papierstücken bis hin zu Erdbeben. Aktuelle Arbeiten zeigen, dass vielen dieser Systeme, in denen solch ruckartige Ereignisse auftauchen, ähnliche Potenzgesetze zugrunde liegen.
Im Fall von porösen Materialien kann 'Crackling' beobachtet werden, wenn das Material zusammengepresst wird und Lawinen, durch korreliertes Brechen von nanometergroßen Poren, auftreten. Dadurch verformt sich die Probe nicht gleichmäßig sondern in kleinen Sprüngen. Neue Studien an porösen Materialien haben gezeigt, dass dieses Verhalten analysiert werden kann, indem auf eine Probe eine Druckspannung ausgeübt wird und gleichzeitig die Schallemission gemessen wird.
Die Hauptaufgabe während dieser Arbeit war es eine neue Methode für die Untersuchung von 'Crackling' in porösen Materialien zu analysieren. Diese neue Methode beinhaltet Experimente mit einem dynamischen mechanischen Analysator, mit welchem sowohl die Druckkraft auf die Probe langsam in Raten von etwa 0.1 mN/s - 10mN/s aufgebracht wurde, als auch die Veränderungen der Probenhöhe gemessen wurden. Tatsächlich wurden ähnliche Potenzgesetze der 'Crackling'-Ereignisse wie in Schallemissionsexperimenten gefunden, deren Exponenten auch mit den berechneten Werten der Molekularfeldtheorie übereinstimmen.
Abstract (eng)
This master thesis investigates the concept of crackling in nanoporous materials (especially Gelsil and Vycor, both Si02-based synthetic materials).
In this case, crackling refers to a jerky response of a system to changing external conditions like a driving force. The disturbance of the system through external forces results in impulsive events (avalanches) of a variety of sizes. Crackling events can occur in different systems ranging from crumpling pieces of paper to earthquakes and it has been discovered that many of those systems exhibiting crackling events show similar power-law statistics.
In the case of porous materials crackling can be observed when the material is compressed and avalanches occur due to the correlated nanometer-scaled pore breaking. Recent studies on selected porous materials have shown that this behavior can be analyzed by applying a compressive force on the sample and simultaneously measuring the acoustic emission (AE).
The main task during the work on this thesis was to analyse and introduce a new method for studying crackling in porous materials. This new method included experiments performed with a Dynamic mechanical analyzer (DMA), which was responsible for both applying a compressive force rather slowly in rates of 0.1 mN/s - 10mN/s and measuring the sample deformation. It was of utmost importance to find out whether similar power-law behaviors of the avalanche statistics as in AE experiments can be obtained by measuring the jerky evolution of the sample height.
It was discovered that critical exponents of such avalanche distributions hold for more than three orders of magnitude and are even in good agreement with the expected exponent values estimated by mean-field-theory. Additionally, the exponents showed good correspondence with the exponents from AE experiments.
Keywords (eng)
CracklingporousavalanchesDMAvycorgelsil
Keywords (deu)
LawinenporöscracklingDMAvycorgelsil
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1324375
Number of pages
101
Association (deu)
License
Citable links
Other links
Managed by
Details
Metadata
Export formats
Universitätsring 1, 1010 Wien | T
T +43-1-4277-0