Wykrywanie uszkodzeń w kompozytowym panelu cylindrycznym na podstawie analizy drgań wymuszonych

• Autorzy: Pająk P. , Barski M.

Warianty tytułu

EN

Damage detection in composite cylindrical panel based on forced vibration analysis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca poświęcona jest zagadnieniu wykrywania uszkodzeń w kompozytowych cylindrycznych panelach. Zastosowana metoda oparta jest na analizie wymuszonych drgań konstrukcji. Opracowanie ma charakter numerycznego eksperymentu zrealizowanego przy wykorzystaniu metody elementów skończonych. Uszkodzenie materiału modelowane jest przez redukcję sztywności oraz gęstości kompozytu. W pierwszym etapie (analiza modalna) obliczane są częstotliwości drgań własnych konstrukcji. Następnie, jako wynik analizy harmonicznej, wyznaczane są kolejne formy drgań panelu oraz krzywizny w kierunkach osiowym i obwodowym. Na podstawie porównania odpowiednich krzywizn konstrukcji bez uszkodzenia i z uszkodzeniem możliwe jest wykrycie wady oraz oszacowanie jej lokalizacji i wielkości. Proponowana metoda cechuje się dużą rozdzielczością pomiaru. Teoretycznie możliwe jest wykrycie nieznacznego defektu we wczesnym etapie jego powstawania.

EN

The current work is devoted to the damage detecting inside the composite cylindrical panels. The applied method is based on the analysis of the natural vibration and corresponding mode shapes. The analysis is performed with use of finite element method. The internal defect is modeled by the reduction of the composite material stiffness and density in arbitrary chosen elements. In the first step the natural frequencies of the intact structure are computed with use of the modal analysis. Next, the corresponding mode shapes are determined (harmonic analysis) for the damage and intact structure. For the each mode shape the curvature in the longitudinal and circumferential direction are determined. In the location of the damage the change of mode shape curvature are quite different in comparison with intact structure. The proposed method of the damage detecting in the investigated here multilayered cylindrical panel are very sensitive. Even single small flaws with relatively low reduction of the material stiffness as well as its position can be effectively detected and localized.

Słowa kluczowe

PL

panel kompozytowy; uszkodzenie; identyfikacja; częstotliwość drgań własnych; drgania wymuszone; metoda elementów skończonych

EN

cylindrical panel; damage detection; natural frequency; forced vibration; finite element method

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Transport / Politechnika Śląska
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 82
• Strony: 175--185
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Pająk P.

• Faculty of Mechanical Engineering, Cracow University of Technology, Kraków, Poland

autor

Barski M.

• Faculty of Mechanical Engineering, Cracow University of Technology, Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Alnefaie K.: Finite element modeling of composite plates with internal delamination. Compsite Structure, No. 90, 2009, p. 21-27.
• 2. Cornwell P., Deobling S.W., Farrar C.R.: Application of the strain energy damage detection method to plate-like structures. Journal of Sound and Vibration, No. 224(2), 1999, p. 359-374.
• 3. Doebling S.W., Farrar C., Prime M.B., Daniel W.S.: Damage identification and health monitoring of structural and mechanical systems from changes in their vibration characteristic: a literature review. LA - 13070-MS, May 1996.
• 4. Giurgiutiu V.: Structural Health Monitoring with piezoelectric wafer active sensors. Elsevier, Amsterdam-Boston 2008.
• 5. Gopalakrishnan S., Ruzzene M., Hanagud S.: Computational Techniques for Structural Health Monitoring. Springer, Dordrech-Heidelberg-New York-London 2011.
• 6. Hellier C.: Handbook of Nondestructive Evaluation. McGraw-Hill, New York 2001.
• 7. Huei-Huang Lee.: Finite Elemet Simulations with ANSYS Workbench 12. Theory - Applications - Case Studies, SDC Publications, 2010.
• 8. Ju F., Lee H.P., Lee K.H.: Free vibration of composite plates with delaminations around cutouts. Composite Structure, No. 31, 1995, p. 177-183.
• 9. Kessler S.S., Spearing M.S., Atalla M.J., Cesnik C.E., Soutis C.: Damage detection in composite materials using frequency response methods. Composites: Part B, No. 33, 2002, p. 87-95.
• 10. Khun E., Valo E., Herve P.: A comparison between thermosonic and thermography for delamination detection in polymer matrix laminates. Composite Structure, No. 94, 2012, p. 1155-1164.
• 11. Kim J.T., Stubbs N.: Crack detection in beam type structures using frequency data. Journal of Sound and Vibration, No. 259(1), 2003, p. 146-160.
• 12. Kim-Ho Ip, Ping-Cheung Tse: Locating damage in circular cylindrical composite shells based on frequency sensitivities and mode shapes. European Journal of Mechanics A/Solids, No. 21, 2002, p. 615-628.
• 13. Lee U.: Spectral Element Method in Structural Dynamics. John Wiley & Sons (Azja), Singapur 2009.
• 14. Muc A., Stawiarski A.: Identification of damages in composite multilayered cylindrical panels with delaminations. Composite Structure, No. 94(5), 2012, p. 1871-1879.
• 15. Pandey A.K., Biswas M., Samman M.M.: Damage detection from changes in curvature mode shapes. Journal of Sound and Vibration, No. 145(5), 1991, p. 321-332.
• 16. Stawiarski A., Muc A., Kędziora P.: Damage detection, localization and assessment in multilayered composite structure with delamination. Key Engineering Materials, No. 542, 2013, p. 193-204.