Impact damage live-time analysis of modern composite materials using thermography

• Autorzy: Jakubczak P. , Bieniaś J. , Surowska B.

Warianty tytułu

PL

Obserwacja zniszczenia w czasie rzeczywistym nowoczesnych materiałów kompozytowych z wykorzystaniem termografii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of the study was to evaluate the possibility to use the thermography method in damage extent analysis for fibre metal laminates subjected to low–velocity impacts. On the basis of the obtained results, it has been found that the thermovision method may be used as a relatively effective method for damage identification in fibre metal laminates. It is possible to use local temperature change monitoring in FML as a diagnostic method for these elements in real time. On the basis of the studies it has been shown that depending on the impact energy, the local temperature changes. The values of this change depend on the impact energy. Moreover, the damage area in which the thermal change occurs is dependent on the impact energy. The damage areas estimated using thermography are similar to the damage areas measured by other methods known as more effective and certain. The energy absorbed by a laminate during the impact process is correlated with the process and type of laminate damage. It can be assumed that the observed thermal changes are caused by the degradation process of the structure as the results of deformation, matrix and fiber cracking, delamination initiation and propagation, friction and laminate perforation.

PL

W pracy przeprowadzono ocenę możliwości wykorzystania metody termografii w analizie stopnia zniszczenia laminatów metalowo-włóknistych poddanych uderzeniom dynamicznym z niską prędkością. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że metoda termowizyjna może być relatywnie efektywną metodą identyfikacji uszkodzeń w laminatach metalowo-włóknistych. Monitorowanie dynamiki lokalnych zmian temperatury w laminatach FML może stanowić jedną z metod diagnostyki tych elementów w czasie rzeczywistym. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że w zależności od energii uderzenia lokalnie wartości temperatury zmieniają się. Wartość tych zmian jest zależna od energii uderzenia. Ponadto pole powierzchni, w której dochodzi do zmian cieplnych, jest zależne od energii uderzenia. Pola powierzchni zniszczenia oszacowane z wykorzystaniem termografii są zbliżone z pomiarami pola powierzchni zniszczenia laminatów innymi metodami, znanymi jako bardziej efektywne i pewne. Energia absorbowana przez laminat w procesie uderzenia związana jest zarówno z procesem, jak i stopniem zniszczenia laminatu. Można przypuszczać, że rejestrowane zmiany ciepła wywołane są na skutek procesu degradacji struktury w wyniku deformacji laminatu, procesów pękania osnowy i włókien wzmacniających, inicjacji i rozwojowi delaminacji, procesami tarcia oraz perforacją laminatu.

Słowa kluczowe

EN

FML; impact; NDT; thermography

PL

FML; uderzenie; NDT; termografia

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 14, nr 4
• Strony: 219--223
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Jakubczak P.

• Lublin University of Technology, Mechanical Faculty, Materials Engineering Department, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

autor

Bieniaś J.

• Lublin University of Technology, Mechanical Faculty, Materials Engineering Department, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

autor

Surowska B.

• Lublin University of Technology, Mechanical Faculty, Materials Engineering Department, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• [1] Sohn M.S., Hu X.Z., Kimb J.K., Walker L., Impact damage characterization of carbon fibre/epoxy composites with multi-layer reinforcement, Composites Part B 2000, 31, 681-691.
• [2] Richardson M.O.W., Wisheart M.J., Review of low-velocity impact properties of composite materials, Composites Purr A 1996, 27, 1123-1131.
• [3] Vlot A., Impact loading on fibre metal laminates, International Journal of Impact Engineering 1996, 18(3), 291-307.
• [4] Delft University of Technology, Low-velocity impact loading on fibre reinforced aluminum laminates (ARALL and GLARE) and other aircraft sheet materials, Report LR-718, 1993.
• [5] Vogelesang L.B., Vlot A., Development of fibre metal laminates for advanced aerospace structures, Journal of Materials Processing Technology 2000, 103, 1-5.
• [6] Abrate S., Impact on laminated composite materials, Applied Mechanics Reviews 1991, 44(4), 155-190.
• [7] Abrate S., Impact on Composite Structures, Chaper 4, Low-Velocity Impact Damage, Cambridge University Press 1998, 135-160.
• [8] Cantwell W.J., Curtis P., Morton J., An assessment of the impact performance of CFRP reinforced with high strain carbon fibres, Composite Science and Technology 1986, 25, 133-148.
• [9] González E.V., Maimí P., Camanho P.P., Lopes C.S., Blanco N., Effects of ply clustering in laminated composite plates under low-velocity impact loading, Composites Science and Technology 2011, 71, 805-817.
• [10] Yang F.J., Cantwell W.J., Impact damage initiation in composite materials, Composite Science and Technology 2010, 70, 336-342.
• [11] Ibarra-Castanedo C., Avdelidis N.P., Grinzato E., Bison P.G., Marinetti S., Cochior-Plescanu C., Bendada A.H., Maldague X., Delamination detection and impact damage assessment of GLARE by active thermography, International Journal of Materials & Product Technology, vol. Manuscript Reference No.: IJMPT-4NDT-01, 2008.
• [12] Bieniaś J., Jakubczak P., Majerski K., Ostapiuk M., Surowska B., Methods of ultrasonic testing as an effective way of estimating durability and diagnosing operational capability of composite laminates used in aerospace industry, Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance and Reliability 2013, 15(3), 284-289.
• [13] Chambers A.R., Heinje N.O., Damage characterization in CFRP using acoustic emission, X-Ray tomography and FBG sensors, http://www.iccmcentral.org/Proceedngs/ICCM17proceedings/Themes/Behaviour/DAMAGE%20TOLERANCE%20&%20IMPACT/F7.16%0Chambers.pdf, 2014.
• [14] Sadighi M., Alderliesten R.C., Benedictus R., Impact resistance of fiber-metal laminates: A review, International Journal of Impact Engineering 2012, 49, 77-90.
• [15] Dragan K., Bieniaś J., Leski A., Czulak A., Hufenbach W., Inspection methods for quality control of fibre metal laminates (FML) in aerospace components, Composites 2012,12(4), 272-278.
• [16] Sinke J., Some inspection methods for quality control and in-service inspection of GLARE, Applied Composite Materials 2003, 10, 277-291.
• [17] Ibarra-Castanedo C., Avdelidis N.P., Grinzato E.G., Bison P.G., Marinetti S., Plescanu1 C.C., Bendada A., Maldague X.P., Delamination detection and impact damage assessment of GLARE by active thermography, International Journal of Materials and Product Technology 2011, 41, 5-16.
• [18] Bisle W., Meier T., Mueller S., Rueckert S., In-Service Inspection Concept for GLARE® - An Example for the Use of New UT Array Inspection Systems, ECNDT 2006, 2.1.1.1-9.
• [19] Bieniaś J., Fiber Metal Laminates - some aspects of manufacturing process, structure and selected properties, Composites 2011, 11(1), 39-43.
• [20] ASTM D7136. Standard test method for Measuring the Damage Resistance of a Fiber-Reinforced-Polymer Matrix Composites to a Drop-Weight Impact Event, Book of Standards, Volume 2006, 15, 03.
• [21] Caprino G., Lopresto V., Iaccarino P., A simple mechanistic model to predict the macroscopic response of fibre glass-aluminum laminates under low-velocity impact, Compos. Part A-Appl S. 2007, 38, 290-300.
• [22] Abdullah M.R., Cantwell W.J., The impact resistance of polypropylene-based fibre-metal laminates, Compos. Sci. Technol. 2006, 66, 1682-1693.
• [23] Fan J., Guan Z.W., Cantwell W.J., Numerical modelling of perforation failure in fibre metal laminates subjected to low velocity impact loading, Composite Structures 2011, 93, 2430-2436.
• [24] Pastuszak P., Chwał M., Muc A., Bienias J., Identification of defects in cylindrical glass laminates using the active thermography, Przetwórstwo Tworzyw 2014, 1, 68-75.
• [25] Maierhofer Ch., Myrach P., Reischel M., Steinfurth H., Röllig M., Kunert M., Characterizing damage in CFRP structures using flash thermography in reflection and transmission configurations, Composites: Part B 2014, 57, 35-46.
• [26] Ibarra-Castanedo C., Avdelidis N.P., Grinzato E.G., Bison P., Marinetti S., Plescanu C.C., Bendada A., Maldague X.P., Delamination detection and impact damage assessment of GLARE by active thermography, Int. J. of Materials and Product Technology 2011, 41, 1/2/3/4, 5-16.
• [27] Jakubczak P., Bienias J., Majerski K., Ostapiuk M., Surowska B., The impact behavior of aluminium hybrid laminates, Aircraft Engineering and Aerospace Technology: An International Journal 2014, 86, 4, 287-294.