Low-velocity impact damage identification of aircraft laminated structures based on wavelet analysis of modal shapes

• Autorzy: Katunin A. , Dragan K. , Dziendzikowski M.

Warianty tytułu

PL

Identyfikacja niskoenergetycznych uszkodzeń udarowych w laminowanych strukturach lotniczych na podstawie analizy falkowej postaci własnych drgań

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Damage assessment and periodic inspections of composite structures maintained in the aircraft industry have become increasingly more important over the last decades. Considering modern demands for structural integrity and safety in this industry, it is necessary to develop appropriate methods which allow for non-destructive and effective damage detection and localization in possibly the early stage of its development. One of the most common types of damage occurring in aircraft structures is low-velocity impact damage, which often occurs on the ground during maintenance procedures (e.g. dropped tool) and may propagate in a structure during workload. The method applied for damage identification is a currently developed approach based on vibration velocity measurements in resonances in a predefined net of measurement points. Based on the acquired modal shapes and their post-processing with use of a 2D dual tree wavelet transform, the detection of damage as well as its localization is possible. Tests using the mentioned methods were performed on composite laminated aircraft structures with multiple impact damage of various intensities. The obtained results show that the proposed method is an effective tool in non-destructive testing of aircraft structures and can be used as an alternative to currently applied methods with the possibility of inspection on-the-field.

PL

Analiza uszkodzeń i okresowe inspekcje struktur kompozytowych eksploatowanych w przemyśle lotniczym stają się coraz bardziej istotne w ciągu ostatnich dekad. Biorąc pod uwagę współczesne wymagania stawiane integralności struktury i bezpieczeństwu w tym przemyśle, konieczne jest opracowanie odpowiednich metod, które pozwolą na nieniszczące i efektywne wykrywanie oraz lokalizację uszkodzeń w możliwie wczesnym stadium ich rozwoju. Jednymi z najczęstszych uszkodzeń powstających w strukturach lotniczych są niskoenergetyczne uszkodzenia udarowe, które często występują podczas naziemnych procedur eksploatacyjnych (np. upadek narzędzia) i mogą propagować w strukturze podczas występowania obciążeń roboczych. Metoda zastosowana do identyfikacji uszkodzeń jest obecnie rozwijanym podejściem opartym na pomiarze prędkości drgań przy rezonansach na predefiniowanej sieci punktów pomiarowych. Na podstawie uzyskanych postaci własnych i ich dalszej analizie z wykorzystaniem dwuwymiarowej transformacji falkowej z dualnym drzewem dekompozycyjnym możliwa jest zarówno detekcja, jaki i lokalizacja uszkodzeń. Badania z wykorzystaniem wymienionej metody przeprowadzono na kompozytowych strukturach lotniczych z wielokrotnymi uszkodzeniami udarowymi o różnej intensywności. Uzyskane wyniki wskazują, że zaproponowana metoda jest efektywnym narzędziem w badaniach nieniszczących struktur lotniczych i rozważaną alternatywą do stosowanych obecnie metod z możliwością przeprowadzenia badań w warunkach polowych.

Słowa kluczowe

EN

aircraft structures inspection; non-destructive testing; modal analysis; wavelet analysis

PL

badania struktur lotniczych; badania nieniszczące; analiza modalna; analiza falkowa

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 1
• Strony: 39--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Katunin A.

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

autor

Dragan K.

• Air Force Institute of Technology, ul. Ks. Bolesława 6, 01-494 Warszawa, Poland

autor

Dziendzikowski M.

• Air Force Institute of Technology, ul. Ks. Bolesława 6, 01-494 Warszawa, Poland

Bibliografia

• [1] Bełzowski A., Rechul Z., Stasieńko J., Uszkodzenia udarowe w laminacie wzmocnionym tkaniną szklaną, Kompozyty 2002, 2, 394-399.
• [2] Gondel S., Assaad J., Delebarre C., Moulin E., Health monitoring of a composite wingbox structure, Ultrasonics 2004, 42, 819-824.
• [3] Polimeno U., Meo M., Detecting barely visible impact damage detection on aircraft composite structures, Composite Structures 2009, 91, 398-402.
• [4] Avdelidis N.P., Almond D.P., Dobbinson A., Hawtin B.C., Ibarra-Castanedo C., Maldague X., Aircraft composite assessment by means of transient thermal NDT, Progress of Aerospace Science 2004, 40, 143-162.
• [5] Meola C., Carlomagno G.M., Impact damage in GFRP: New insights with infrared thermography, Composites Part A - Applied Science 2010, 41, 1839-1847.
• [6] Maierhofer C., Myrach P., Reischel M., Steinfurth H., Röllig M., Kunert M., Characterizing damage in CFRP structures using flash thermography in reflection and transmission configurations, Composites Part B - Engineering 2014, 57, 35-46.
• [7] Stępiński T., Uhl T., Staszewski W., Eds., Advanced Structural Damage Detection: From Theory to Engineering Applications, John Wiley and Sons, 2013.
• [8] Katunin A., Damage identification in composite plates using two-dimensional B-spline wavelets, Mechanical Systems and Signal Processing 2011, 25, 3153-3167.
• [9] Katunin A., Vibration-based spatial damage identification in honeycomb-core sandwich composite structures using wavelet analysis, Composite Structures 2014, 118, 385-391.
• [10] Katunin A., Stone impact damage identification in composite plates using modal data and quincunx wavelet analysis, Archives of Civil and Mechanical Engineering 2015, 15, 251-261.
• [11] Katunin A., Identification of stiff inclusion in circular composite plate based on quaternion wavelet analysis of modal shapes, Journal of Vibroengineering 2014, 16, 2545-2551.
• [12] Loutridis S., Douka E., Hadjileontiadis L.J., Trochidis A., A two-dimensional wavelet transform for detection of cracks in plates, Engineering Structures 2005, 29, 1327-1338.
• [13] Rucka M., Wilde K., Application of continuous wavelet transform in vibration based damage detection method for beams and plates, Journal of Sound and Vibration 2006, 297, 536-550.
• [14] Fan W., Qiao P., A 2-D continuous wavelet transform of mode shape data for damage detection in plate structures, International Journal of Solids and Structures 2009, 46, 4379-4395.
• [15] Bagheri A., Ghodrati Amiri G., Seyed Razzaghi S.A., Vibration-based damage identification of plate structures via curvelet transform, Journal of Sound and Vibration 2009, 327, 593-603.
• [16] Van De Ville D., Blu T., Unser M., Isotropic polyharmonic B-splines: scaling functions and wavelets, IEEE Transactions on Image Processing 2005, 14, 1798-1813.
• [17] Kingsbury N., Complex wavelets for shift invariant analysis and filtering of signals, Applied and Computational Harmonic Analysis 2002, 10, 234-253.