Damage detection of a T-shaped panel by wave propagation analysis in the plane stress

• Autorzy: Rucka M. , Witkowski W. , Chróścielewski J. , Wilde K.

Warianty tytułu

PL

Wykrywanie uszkodzeń w tarczy typu T z użyciem analizy propagacji fal w płaskim stanie naprężenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A computational approach to analysis of wave propagation in plane stress problems is presented. The initial-boundary value problem is spatially approximated by the multi-node C0 displacement-based isoparametric quadrilateral finite elements. To integrate the element matrices the multi-node Gauss-Legendre-Lobatto quadrature rule is employed. The temporal discretization is carried out by the Newmark type algorithm reformulated to accommodate the structure of local element matrices. Numerical simulations are conducted for a T-shaped steel panel for different cases of initial excitation. For diagnostic purposes, the uniformly distributed loads subjected to an edge of the T-joint are found to be the most appropriate for design of ultrasonic devices for monitoring the structural element integrity.

PL

W pracy zaprezentowano podejście obliczeniowe do analizy propagacji fal w płaskim stanie naprężenia. Problem brzegowo-początkowy podlega przestrzennej aproksymacji z użyciem wielowęzłowych, izoparametrycznych, czworobocznych elementów klasy C0. Macierze elementowe są całkowane numerycznie za pomocą kwadratury Gauss-Legendre-Lobatto. Aproksymacje w dziedzinie czasu wykonano za pomocą algorytmu Newmarka. Symulacje numeryczne przeprowadzono dla tarczy w kształcie litery T dla różnych przypadków wzbudzania fali. W pracy wykazano, że dla celów diagnostyki najlepszym rodzajem obciążenia jest obciążenie liniowe równomiernie przyłożone do krawędzi tarczy.

Słowa kluczowe

EN

damage detection; steel panel; T-shaped panel; wave propagation; spectral element method

PL

wykrywanie uszkodzeń; tarcza stalowa; tarcza typu T; propagacja fal; stan naprężenia płaskiego

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 58, nr 1
• Strony: 3--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il.

Twórcy

autor

Rucka M.

autor

Witkowski W.

autor

Chróścielewski J.

autor

Wilde K.

• Department of Structural Mechanics and Bridge Structures, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdansk University of Technology

Bibliografia

• 1. J.F. Doyle, Wave propagation in structures: spectral analysis using fast discrete Fourier transforms (second ed.). Springer-Verlag, New York 1997.
• 2. S. Gopalakrishnan, A. Chakraborty, D.R. Mahapatra, Spectral finite element method: wave propagation, diagnostics and control in anisotropic and inhomogeneous structures. Springer-Verlag, London 2008.
• 3. D.S. Kumar, D.R. Mahapatra, S. Gopalakrishnan, A spectral finite element for wave propagation and structural diagnostic analysis of composite beam with transverse crack, Finite Elements in Analysis and Design 40, 1729-1751, 2004.
• 4. T. Patera, A spectral element method for fluid dynamics: laminar flow in a channel expansion. Journal of Computational Physics 54, 468-488, 1984.
• 5. C. Canuto, M.Y. Hussaini, A. Quarteroni, T.A. Zang, Spectral Methods in Fluid Dynamics, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 1998.
• 6. R. Sridhar, A. Chakraborty, S. Gopalakrishnan, Wave propagation analysis in anisotropic and inhomogeneous uncracked and cracked structures using pseudospectral finite element method. International Journal of Solids and Structures 43, 4997-5031, 2006.
• 7. P. Kudela, M. Krawczuk, W. Ostachowicz, Wave propagation modelling in 1D structures using spectral finite elements. Journal of Sound and Vibration, 300, 88-100, 2007.
• 8. J. Chróścielewski, M. Rucka, K. Wilde, W. Witkowski, Formulation of spectral truss element for guided waves damage detection in spatial steel trusses. Archives of Civil Engineering 55(1), 43-63, 2009.
• 9. W. Witkowski, M. Rucka, K. Wilde, J. Chróścielewski, Wave propagation analysis in spatial frames using spectral Timoshenko beam elements in the context of damage detection. Archives of Civil Engineering 55, 367-402, 2009.
• 10. M. Rucka, Experimental and numerical study on damage detection in an L-joint using guided wave propagation. Journal of Sound and Vibration 329, 1760-1779, 2010.
• 11. M. Rucka, Wave Propagation in Structures. Modelling, Experimental Studies and Application to Damage Detection, Gdansk University of Technology Publishers, Series: Monographs no. 106, Gdansk 2011.
• 12. A. Żak, M. Krawczuk, W. Ostachowicz, Propagation of in-plane wave in an isotropic panel with a crack. Finite Elements in Analysis and Design 42, 929-941, 2006.
• 13. A. Żak, M. Krawczuk, W. Ostachowicz, Propagation of in-plane wave in a composite panel with a crack. Finite Elements in Analysis and Design 43, 145-154, 2006.
• 14. M. Rucka, Modelling of in-plane wave propagation in a plate using spectral element method and Kane-Mindlin theory with application to damage detection. Archive of Applied Mechanics 81, 1877-1888, 2011.
• 15. J. Chróścielewski, M. Rucka, K. Wilde, W. Witkowski, Modelowanie propagacji fal sprężystych w tarczy typu T w kontekście możliwości diagnostycznych (in Polish), Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej 60(1), 341-349, 2011.
• 16. T.J.R. Hughes, The Finite Element Method: linear static and dynamics finite element analysis. Dover Publications, Inc., New York 2000.
• 17. J.E. Marsden, T.J.R. Hughes, Mathematical foundations of elasticity. Dover Publications, Inc., New York 1994.
• 18. D. Braess, Finite elements. Theory, fast solvers and applications in solid mechanics. Cambridge University Press 2007.
• 19. C. Pozrikidis, Introduction to Finite and Spectral Element Methods using MATLAB®. Chapman & Hall/CRC 2005.
• 20. R.D. Cook, D.S. Malkus, M.E. Plesha, Concepts and Applications of Finite Element Analysis, 3rd ed. New York: John Wiley & Sons 1989.
• 21. N.N. Newmark, A method of computation for structural dynamics. Proc ASCE, J. Engng. Mech. Div. 85 (EM3), 1959.
• 22. O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, The Finite Element Metod, Butterowort-Heienmann, 2000.