Non-destructive testing of thermoplastic carbon composite structures

• Autorzy: Szymański Rafał

Identyfikatory

DOI

10.2478/tar-2020-0003

Warianty tytułu

PL

Badania nieniszczące termoplastycznych węglowych struktur kompozytowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article is in line with the contemporary interests of companies from the aviation industry. It describes thermoplastic material and inspection techniques used in leading aviation companies. The subject matter of non-destructive testing currently used in aircraft inspections of composite structures is approximated and each of the methods used is briefly described. The characteristics of carbon preimpregnates in thermoplastic matrix are also presented, as well as types of thermoplastic materials and examples of their application in surface ship construction. The advantages, disadvantages and limitations for these materials are listed. The focus was put on the explanation of the ultrasonic method, which is the most commonly used method during the inspection of composite structures at the production and exploitation stage. Describing the ultrasonic method, the focus was put on echo pulse technique and the use of modern Phased Array heads. Incompatibilities most frequently occurring and detected in composite materials with thermosetting and thermoplastic matrix were listed and described. A thermoplastic flat composite panel made of carbon pre-impregnate in a high-temperature matrix (over 300°C), which was the subject of the study, was described. The results of non-destructive testing (ultrasonic method) of thermoplastic panel were presented and conclusions were drawn.

PL

Artykuł wpisuje się we współczesne zainteresowania firm z branży lotniczej. Opisuje materiały oraz techniki inspekcji stosowane we wiodących firmach lotniczych. Przybliżono tematykę badań nieniszczących obecnie stosowanych w do inspekcji lotniczych struktur kompozytowych oraz krótko opisano każdą ze stosowanych metod. Przedstawiono również charakterystykę preimpregnatów węglowych w osnowie termoplastycznej oraz wymieniono rodzaje materiałów termoplastycznych i przykładowe zastosowanie ich w konstrukcji statków powierzchnych. Wymieniono wady, zalety oraz ograniczenia dla tych materiałów. Skoncentrowano się na wyjaśnieniu metody ultradźwiękowej, która jest najpowszechniej stosowaną metodą podczas kontroli struktur kompozytowych na etapie produkcyjnym oraz eksploatacyjnym. Opisując metodę ultradźwiękową skupiono się na technice puls echo i zastosowaniu nowoczesnych głowic wieloprzetwornikowych (Phased Array). Wymieniono i opisano niezgodności najczęściej występujące i wykrywane w materiałach kompozytowych z osnową termoutwardzalną oraz termoplastyczną. Opisano termoplastyczny płaski panel kompozytowy wykonany z preimpregnatu węglowego w osnowie wysokotemperaturowej (ponad 300°C), który stanowił obiekt badania. Zaprezentowano wyniki badań nieniszczących (metodą ultradźwiękową) panelu termoplastycznego i wyciągnięto wnioski.

Słowa kluczowe

EN

thermoplastic; pre-impregnate; non-destructive testing; ultrasonic method; Phased Array

PL

termoplast; preimpregnat; badania nieniszczące; metoda ultradźwiękowa; Phased Array

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2020
• Tom: Nr 1 (258)
• Strony: 34--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Szymański Rafał

• Łukasiewicz Research Network – Institute of Aviation Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw

Bibliografia

• [1] Waśniewski, B., 2016, “High tempertaure thermoplasts in prepregs as a matrix of carbon fibre composites used in aerostructures”, Transactions of the Institute of Aviation, 2(243), pp. 28-39, (in Polish).
• [2] https://aluminiuminsider.com/aluminium-lithium-alloys-fight-back/ [access June 2018]
• [3] Mondo, J., Wijskamp, S. and Lenferink, R., 2012, Overview of Thermoplastic Composite ATL and AFP Technologies, ITHEC 2012, Messe Bremen.
• [4] Wiśniowski, W., 2011, “Institute of Aviation – Uncommon path to success”, Transactions of the Institute of Aviation, 214, pp. 24-27, (in Polish).
• [5] Wiśniowski, W., 2014, “Specializations of the Institute of Aviation – Review and Applications”, Transactions of the Institute of Aviation, 2(235), pp. 7-16, (in Polish).
• [6] Wiśniewski, A., Sałacińska, A., Szymański, R. and Kunikowska, A., 2016, “Manufacturing of composites samples with graphene”, Transactions of the Institute of Aviation, 4(245), pp. 262-270.
• [7] Cartz, L., 1995, Nondestructive Testing, 3rd edition, ASM International, Milwaukee WI USA, Chap. 3.
• [8] Hellier, Ch. J., 2003, Handbook of Nondestructive Evaluation, McGraw-Hill, Chap. 1.1.
• [9] The American Society for Nondestructive Testing, 2020, Introduction to Nondestructive Testing, https://www.asnt.org/MajorSiteSections/About/Introduction_to_Nondestructive_Testing.aspx
• [10] https://www.firstflight.com/private-pilot-course/preflighting-the-aircraft/ [access June 2018]
• [11] https://www.olympus-ims.com/en/applications/non-destructive-bond-testing-aircraft-omposites/ [access May 2018]
• [12] Meola, C. and Carlomagno, G. M., 2014, “Infrared thermography to evaluate impact damage in glass/epoxy with manufacturing defects”, International Journal of Impact Engineering, 67(0), pp. 1-11.
• [13] Zhao, Y., Mehnen, J., Sirikham, A. and Rajkumar, R., 2017, “A novel defect depth measurement method based on Nonlinear System Identification for pulsed thermographic Inspection”, Mechanical Systems and Signal Processing, 85, pp. 382-395.
• [14] Krysztofik, J. and Manaj, W., 2011, “The use of non-destructive examinations in aviation technology”, Transactions of the Institute of Aviation, 211, pp. 120-129, (in Polish).
• [15] http://www.jrtech.co.uk/products/ndt-and-inspection/115-launch-of-new-woodpecker-wp-632am [access May 2018]
• [16] https://www.dantecdynamics.com/shearography-non-destructive-testing [access May 2018]
• [17] Campbell, F. C., 2004, Manufacturing processes for advanced composites, Elsevier Ltd., United Kingdom.
• [18] Erber, A. and Spitka, S., 2014, “Expaded role for thermoplastic composites”, Reinforced Plastics, 58(4), pp. 29-33.
• [19] Stewart, R., 2011, “Termoplastic composites – recyclable and fast process”, Reinforced Plastics, 55(3), pp. 22-28.
• [20] Pora, J., 2001, Composite Materials in the Airbus A380 – From History to Future, 13th International Conference on Composite Materials, Beijing.
• [21] Unnthorsonn R., Jonsson M. P. and Runarsson, T. P., 2004, NDT Methods for Evaluating Carbon Fibre Composites, Comptest, University of Bristol, from: https://www.bristol.ac.uk/composites/media/comptest2004/proceedings/posters/comptest_106.pdf
• [22] Mackiewicz, S. and Góra, G., 2005, „Ultrasonic testing of composite structures in the aviation industry”, XI Seminarium Nieniszczące Badania Materiałów, Zakopane, Poland, pp. 119-134, from: http://www.ndtsoft.pl/artykuly/Zakopane2005.pdf [access May 2018], (in Polish).
• [23] https://www.olympus-ims.com/pl/ndt-tutorials/phased-array/ [access May 2018]

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).