New approach to detection of cracks in composite materials using hybrid non–destructive testing method

• Autorzy: Prokopowicz W.

Identyfikatory

DOI

10.21008/j.2449-920X.2016.68.2.04

Warianty tytułu

PL

Nowe podejście do wykrywania uszkodzeń w materiałach kompozytowych przy pomocy hybrydowej metody badań nieniszczących

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Vibro-thermography is a new Non-Destructive Inspection method that can be applied to the diagnosis of aircraft fuselage parts and wind turbine propeller blades. In this method, the ultrasound source of energy is used to excite internal particles of the examined composite material damaged by an impact to induce thermal differences between the solid part of material and the damaged area. The results of experiments obtained by the vibro-thermography method conducted on the damaged area of carbon fiber samples were combined with the spectrum and time-frequency analysis of signals obtained from the vibroacoustic sensor, attached to the damaged area to verify existing cracks.

PL

W prezentowanym artykule opisano hybrydową metodę pomiaru uszkodzeń materiałów kompozytowych, która składa się z analizy termogramów wykonywanych dla podgrzewanych ultradźwiękowo próbek materiałów oraz analizy widmowej i częstotliwościowo czasowej sygnału pobudzenia mierzonego w miejscu zdeterminowanego na termogramie uszkodzenia. Na potrzeby artykułu opracowano stanowisko badawcze składające się z piezoelektrycznej głowicy nadawczej generatora sygnału ultradźwiękowego pochodzącego z myjki ultradźwiękowej, głowicy odbiorczej oraz układu do pomiaru drgań podłączonego do komputera za pośrednictwem portu USB. W jednym przypadku zastosowano dezintegrator UD-20 dla próbki o większej grubości w celu odpowiedniego jej podgrzania. Wyniki, jakie otrzymano potwierdzają zasadność stosowania wybranych metod i pokazują jednoznacznie uszkodzenia w próbkach kompozytach z różnymi typami uszkodzeń zarówno przy pomocy metody vibro-termograficznej jak i analizy widmowej oraz częstotliwościowo-czasowej. W artykule podjęto próbę omówienia fizyki zjawisk zachodzących w badanych próbkach materiału, podczas pobudzenia ultradźwiękowego, co stanowi podstawę do zastosowania opisywanej metody badawczej. W celu poprawy otrzymanych wyników badań zaproponowano sposoby filtracji odbieranego sygnału ultradźwiękowego oraz wstępnie rozpoczęto dyskusję nad zastosowaniem innych metod analizy częstotliwościowo-czasowej sygnału pobudzenia. Publikacja stanowi wstęp do opracowywania urządzeń wykorzystujących założenia proponowanej metody badawczej. W proponowanym urządzeniu porównane zostaną dwie mapy uszkodzeń pierwsza otrzymana w wyniku analizy termogramu a druga po analizie czasowo–częstotliwościowej ultradźwiękowego sygnału pobudzającego. Wzrost temperatury związany jest z wystąpieniem zjawiska tarcia wewnętrznego struktury kompozytu w obecności pobudzenia ultradźwiękowego. Kolejna analiza, polega na badaniu wzrostu amplitudy składowych częstotliwościowych w widmie oraz śledzeniu ich zmian. Wskazuje to na występowanie zjawisk tłumienia i rezonansu oraz odbicia fali we wskazanych miejscach badanego elementu. Dobór mocy i kształtu sygnału pobudzającego wymaga serii dodatkowych badań, co pozwoli dopracować zaproponowane urządzenia pomiarowe.

Słowa kluczowe

EN

vibrothermography; ultrasound; composite; thermogram; time-frequency

PL

wibrotermografia; ultradźwięki; kompozyt; analiza czasowo-częstotliwościowa

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej
• Czasopismo: Journal of Mechanical and Transport Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 68, No. 2
• Strony: 41--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Prokopowicz W.

• Poznań University of Technology, Faculty of Machines and Transport

Bibliografia

• [1] Adams D., Farrar C., 2002, Identifying Linear and Nonlinear damage using frequency domain ARX models, Structural Health Monitoring, An International Journal, vol. 1, no. 2, pp. 185-201.
• [2] Adams D., 2007, Health Monitoring of Structural Materials and Components, Willey, New York.
• [3] Balageas J., Fritzen C., Guemes A., 2006, Structural Health Monitoring Systems, ISTE.
• [4] Boller C., Staszewski W., 2004, Structural Health Monitoring Systems of Aerospace Structures, Willey.
• [5] Cempel C., 1982, Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn, Warszawa, pp. 187-201.
• [6] Doebling S.W., Farrar C., Prime M.B., Daniel W.S., 1996, Damage Identification and Health Monitoring of Mechanical Systems from Changes of their Vibration characteristics, a literature review, LA-13070-MS.
• [7] Inman D.J., Farrar C.R., Lopes V., Steffen J., 2005, Damage Prognosis for Aerospace, Civil and Mechanical Systems, Willey.
• [8] Pao Y.H., 1978, Theory of acoustic emission, Elastic Waves and Non-Destructive Testing of Materials, ASME, AMD, vol. 29, pp. 107.
• [9] Pietrzyk A., Uhl T., 2005, Use of RCM methodology for railway equipment maintenance optimization, Archives of Transport, vol. 17, no. 2, pp. 65-83.
• [10] Raghavan A., Cesnik C.E.S., 2007, Review of guided - waves structural health monitoring, The Shock and Vibration Digest, 39, pp. 91-114.
• [11] Uhl T., 2004, The use and challenge of modal analysis in diagnostics, Diagnostyka, vol. 30, t. 2, pp. 151-160.

Uwagi

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