Non-destructive testing of composite structures using self-heating based vibrothermography and dedicated benchmark

• Autorzy: Wachla Dominik , Katunin Andrzej , Wronkowicz-Katunin Angelika

Warianty tytułu

PL

Badania nieniszczące struktur komozytowych z zastosowaniem wibrotermografii opartej na samorozgrzaniu oraz dedykowany benchmark

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The newly developed self-heating based vibrothermography method is a non-destructive testing method applicable to polymeric and polymer-based composite structures, which is based on the self-heating effect used as thermal excitation of a structure during testing. The mechanical excitation with multiple resonant frequencies causes viscoelastic energy dissipation in the whole structure, which allows the observation of eventual flaws and damage in the form of differences in the surface temperature distribution observed by an infrared camera. The effectiveness of damage detectability depends on the visibility of thermal signatures of potential flaws and damage, which is often masked by measurement noise and artefacts in thermograms. Therefore, it is suitable to apply post-processing procedures that allow the enhancement of damage detectability. The developed set of tools for thermogram post-processing covers primary methods based on statistical features, and more advanced ones like methods based on derivatives, wavelet transform as well as post-processing methods dedicated for thermogram enhancement such as thermographic signal reconstruction, partial least squares regression or principal component thermography. These methods were implemented in the form of an integrated GUI-based benchmark based on Matlab routines, dedicated to the post-processing of thermographic data acquired using self-heating vibrothermography.

PL

Nowo opracowana metoda wibrotermografii oparta na samorozgrzaniu jest metodą nieniszczącą, którą można stosować do struktur polimerowych oraz do kompozytów o osnowie polimerowej, bazującą na efekcie samorozgrzania stosowanym jako wymuszenie cieplne struktury podczas badań. Wymuszenie mechaniczne na wielu częstotliwościach rezonansowych powoduje lepkosprężystą dyssypację energii w całej strukturze, co pozwala na obserwację ewentualnych wad i uszkodzeń w postaci róż-nic rozkładu temperatury na powierzchni widocznych za pomocą kamery termograficznej. Efektywność wykrywalności uszkodzeń zależy od widzialności sygnatur cieplnych potencjalnych wad i uszkodzeń, które często są maskowane przez szum pomiarowy i artefakty w termogramach. Dlatego należy stosować procedury przetwarzania, które pozwalają na zwiększenie wykrywalności uszkodzeń. Opracowany zestaw narzędzi do przetwarzania termogramów zawiera metody podstawowe oparte na cechach statystycznych i bardziej zaawansowane, bazujące na pochodnych temperaturowych, transformacji falkowej oraz metodach przetwarzania dedykowanych dla polepszenia jakości termogramów, jak termograficzna rekonstrukcja sygnału, regresja częściowych najmniejszych kwadratów lub termografia głównych składowych. Te metody zostały zaimplementowane w postaci zintegrowanego benchmarku z interfejsem graficznym opartym na algorytmach Matlaba, dedykowanym przetwarzaniu danych termograficznych pozyskanych z zastosowaniem wibrotermografii bazującej na samorozgrzaniu.

Słowa kluczowe

EN

self-heating based vibrothermography; non-destructive testing; polymer matrix composites; damage detectability enhancement; benchmark

PL

wibrotermografia bazująca na samorozgrzaniu; badania nieniszczące; kompozyty o osnowie polimerowej; polepszenie wykrywalności uszkodzeń; benchmark

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 19, nr 4
• Strony: 143--149
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Wachla Dominik

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

autor

Katunin Andrzej

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

autor

Wronkowicz-Katunin Angelika

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

Bibliografia

• [1] Webster J.M., Thevar T., Remote optical non-destructive inspection technique for metal and composite structures, J. Nondestruct. Eval. 2007, 26(2-4), 71-78, DOI: 10.1007/s10921-007-0021-1.
• [2] Heida J.H., Platenkamp D.J., In-service inspection guidelines for composite aerospace structures, 18th World Conference on Nondestructive Testing, Durban, South Africa, 2012, 1-14.
• [3] Ciampa F., Mahmoodi P., Pinto F., Meo M., Recent advances in active infrared thermography for non-destructive testing of aerospace components, Sensors 2018, 18, 609, DOI: 10.3390/s18020609.
• [4] Ibarra-Castanedo C., Piau J.-M., Guilbert S., Avdelidis N.P., Genest M., Bendada A., Maldague X.P.V., Comparative study of active thermography techniques for the nondestructive evaluation of honeycomb structures, Res. Nondestruct Eval. 2009, 20(1), 1-31, DOI: 10.1080/09349840802366617.
• [5] Katunin A., Method for non-destructive testing of polymer materials, preferably the polymer composite materials, Patent application of the Polish Patent Office no. P.421879 (2017).
• [6] Katunin A., A concept of thermographic method for non-destructive testing of polymeric composite structures using self-heating effect, Sensors 2018, 18(1), 74, DOI: 10.3390/s18010074.
• [7] Katunin A., Wachla D., Analysis of defect detectability in polymeric composites using self-heating based vibrother-mography, Compos. Struct. 2018, 201, 760-765, DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.06.105.
• [8] Wronkowicz A., Katunin A., Wachla D., Enhancement of damage identification in composite structures with self-heating based vibrothermography, Optik 2019, 181, 545-554, DOI: 10.1016/j.ijleo.2018.12.132.
• [9] Katunin A., Wronkowicz-Katunin A., Wachla D., Impactdamage assessment in polymer matrix composites using self-heating based vibrothermography, Compos. Struct. 2019, 214, 214-226, DOI: 10.1016/j.compstruct.2019.02.003.
• [10] Katunin A., Criticality of the self-heating effect in polymers and polymer matrix composites during fatigue, and their application in non-destructive testing, Polymers 2019, 11(1), 19, DOI: 10.3390/polym11010019.
• [11] Korbicz J., Kościelny J.M., Kowalczuk Z., Cholewa W. (Eds.), Fault Diagnosis. Models, Artificial Intelligence, Applications. Springer, Belin-Heidelberg 2004, DOI: 10.1007/978-3-642-18615-8.
• [12] Katunin A., Gnatowski A., Influence of heating rate on evolution of dynamic properties of polymeric laminates, Plastics Rubber and Composites 2012, 41(6), 233-239, DOI: 10.1179/1743289811Y.0000000037.

Uwagi

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