Damage size monitoring of composite aircraft structures based on ultrasonic testing and image processing

• Autorzy: Wronkowicz A. , Dragan K.

Warianty tytułu

PL

Monitorowanie rozmiaru uszkodzenia w lotniczych strukturach kompozytowych oparte na badaniach ultradźwiękowych i przetwarzaniu obrazu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

According to damage tolerance philosophy, a composite component with a flaw is allowed to be operated if it is included in a maintenance program that will ensure damage detection before it reduces the residual strength of the structure below an acceptable limit. One of the damage tolerance approaches includes damage extent identification and monitoring of its growth. In view of the progressive behaviour of damage in composite structures, they should be periodically inspected to monitor damage progression. This article presents an approach to damage size monitoring of composite aircraft structures by means of ultrasonic testing with the C-scan mode and a developed algorithm based on image processing techniques. To test the algorithm, pairs of results of ultrasonic testing of composite elements of aircraft, carried out at time intervals, were used. The analysis of such results is difficult due to the complexity of the obtained C-scans, which is caused by the variable thickness of the aircraft skin and the presence of other elements in the tested structure (e.g. rivets and reinforcements). The proposed method enables the extraction of damage contours, preceded by indication of regions of interest by an expert, and calculation of an increase in the damage surface area, based on two input C-scans, as well as comparison of their contours.

PL

Zgodnie z filozofią tolerancji uszkodzeń, element kompozytowy z wadą jest dopuszczony do eksploatacji, jeżeli jest włączony w program obsługi serwisowej, który zapewni wykrycie uszkodzenia zanim zredukuje ono resztkową wytrzymałość struktury poniżej dopuszczalnego limitu. Jedno z podejść tolerancji uszkodzeń obejmuje identyfikację rozmiaru uszkodzenia i monitorowanie jego wzrostu. W świetle postępowego zachowania uszkodzeń w strukturach kompozytowych, powinny one być okresowo kontrolowane w celu monitorowania postępu uszkodzenia. W artykule przedstawiono podejście do monitorowania rozmiaru uszkodzeń w kompozytowych strukturach lotniczych za pomocą badań ultradźwiękowych z obrazowaniem w trybie C oraz opracowanego algorytmu opartego na technikach przetwarzania obrazu. Do testowania algorytmu wykorzystane zostały serie wyników badań ultradźwiękowych kompozytowych elementów konstrukcji lotniczych, przeprowadzonych w określonych odstępach czasu. Analiza takich wyników jest trudna ze względu na złożoność otrzymywanych zobrazowań w trybie C, co jest spowodowane zmienną grubością poszycia samolotów oraz obecnością innych elementów w badanej strukturze (np. nitów i wzmocnienia). Zaproponowana metoda umożliwia ekstrakcję konturów uszkodzenia, poprzedzoną wskazaniem obszaru zainteresowania przez eksperta, oraz obliczenie wzrostu powierzchni uszkodzenia, na podstawie dwóch wejściowych zobrazowań w trybie C, a także porównanie tych konturów.

Słowa kluczowe

EN

damage size monitoring; composite structures; ultrasonic testing; image processing

PL

monitorowanie rozmiaru uszkodzenia; struktury kompozytowe; badania ultradźwiękowe; przetwarzanie obrazu

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 3
• Strony: 154--160
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Wronkowicz A.

• Silesian University of Technology, Institute of Fundamentals of Machinery Design, ul. S. Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Dragan K.

• Air Force Institute of Technology, Laboratory of Non-Destructive Testing, ul. ks. Boleslawa 6, 01-494 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Smith R.A., Composite defects and their detection, Encyclopedia of Life Support Systems - Materials Science and Engineering 2002, 3.
• [2] Fanteria D., Longo G., Panettieri E., A non-linear shear damage model to reproduce permanent indentation caused by impacts in composite laminates, Composite Structures 2014, 111, 111-121.
• [3] Soderquist J.R., Damage Tolerance Considerations in Composite Aircraft Structure [online document 2016-01-27], https://www.niar.wichita.edu
• [4] Giurgiutiu V., Chapter 5 - Damage and failure of aerospace composites, Structural Health Monitoring of Aerospace Composites 2016, 125-175.
• [5] Meola C., Boccardi S., Carlomagno G.M., Boffa N.D., Monaco E., Ricci F., Nondestructive evaluation of carbon fibre reinforced composites with infrared thermography and ultrasonics, Composite Structures 2015, 134, 845-853.
• [6] Samanta S., Datta D., Imaging of impacted composite armours using data clustering, Proc. of the 18th World Conference on Nondestructive Testing, 16-20 April 2012, Durban, South Africa, 1-9.
• [7] Li S., Poudel A., Chu T.P., An image enhancement technique for ultrasonic NDE of CFRP panels, Proc. of the 21st Annual Research Symposium & Spring Conference, 19-23 March 2012, Dallas, TX, 1-6.
• [8] Mašonkina M., Kalniņš K., Application of ultrasonic imaging technique as structural health monitoring tool for assessment of defects in glass fiber composite structures, Civil Engineering '13: 4th International Scientific Conference: Proceedings, 16-17 May 2013, Latvia, Jelgava, 180-184.
• [9] Hasiotis T., Badogiannis E., Tsouvalis N.G., Application of ultrasonic C-scan techniques for tracing defects in laminated composite materials, Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering 2011, 57, 192-203.
• [10] Dragan K., Image processing approach for the Non Destructive Evaluation (NDE) of the composite materials as the input to structural durability assessment, Technical News 1, Lviv, Ukraine 2011, 49-52.
• [11] Wronkowicz A., Katunin A., Dragan K., Ultrasonic C-scan image processing using multilevel thresholding for damage evaluation in aircraft vertical stabilizer, International Journal of Image, Graphics and Signal Processing 2015, 11, 1-8.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.