Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Wachla Dominik, Katunin Andrzej, Wronkowicz-Katunin Angelika

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 4

143--149

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.

2

Simplified simulation of VARI process using PAM-RTM software

Kozioł M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 4

218--227

EN

The aim of the work was to assess the effectiveness of a simplified simulation procedure of the VARI (vacuum assisted resin infusion) process with the use of PAM-RTM® software on mat, plain-woven fabric and unidirectional fabric preforms. The performed experimental determination of permeability, followed by its application in the simulation, exhibits an error of a few to a dozen % of the resin front range - process time relation. At the same time, it was stated that the samples with high anisotropy exhibit a larger simulation error. The cause of the simulation errors is the stochastic course of the actual VARI process, disturbed by such factors as: structural anomalies in the fabric, incomplete hermeticity of the vacuum system, non-uniformity of the resin accumulation behind the front and a non-uniform flow of the resin at the initial stage of the process. The simulation error was also affected by: insufficient mesh density, tetrahedral shape of the finite elements as well as a simulation function different than the actual one. The simulation errors observed for the simplified method are not large, considering the stochastic type of the process, and they make it possible to practically apply the simplified simulation method. The latter can be especially attractive for small and medium enterprises, as its only requirement is to perform simple VARI experiments on small samples and to possess the appropriate software and a standard PC (personal computer).

PL

Celem pracy była ocena skuteczności uproszczonej procedury symulacji procesu VARI (pol. infuzja próżniowa) z użyciem oprogramowania PAM-RTM na preformach maty, tkaniny plain-woven oraz tkaniny jednokierunkowej. Przeprowadzone eksperymentalne wyznaczanie przepuszczalności, a następnie zastosowanie jej w symulacji wykazuje kilku-, kilkunastoprocentowy błąd zależności zasięg żywicy - czas procesu. Stwierdzono jednocześnie, że próbki o dużej anizotropii pokazują większy błąd symulacji. Powodem błędów symulacji jest stochastyczny przebieg rzeczywistego procesu VARI, zaburzonego m.in. przez: występowanie zaburzeń struktury w tkaninach, niecałkowitą szczelność układu próżniowego czy nierównomierność gromadzenia się żywicy za frontem, nierównomierny przepływ żywicy w początkowym etapie procesu. Na błąd symulacji wpłynęły także: niewystarczająca gęstość meshu, tetraedryczny kształt elementów skończonych, odmienna od rzeczywistej funkcja symulacji. Błędy symulacji uzyskane dla metody uproszczonej nie są zbyt duże, jak na stochastyczny proces i umożliwiają praktyczne zastosowanie uproszczonej metody symulacji. Może być ona atrakcyjna szczególnie dla małych i średnich producentów, gdyż wymaga jedynie przeprowadzenia prostych eksperymentów VARI na niewielkich próbkach oraz oprogramowania i zwykłego PC.

3

Development of active composite aerofoil for assessment of novel flow control concepts

Koschichow R., Holeczek K., Koschichow D., Rüdiger F., Kostka P., Langkamp A., Fröhlich J., Modler N.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 3

146--151

EN

In this paper, an investigation of the dynamic effects of the low-amplitude, high-frequency excitation of a composite aerofoil by means of integrated actuators on the flow is presented. For this purpose, a well-established elastic NACA 64-418 profile was manufactured from a glass fibre reinforced epoxy resin with integrated active elements. The modal properties of the profile were optimized during the design process in such a way that the spatial distribution of nodes and antinodes of the profile is potentially advantageous for the influence of the flow behaviour around the profile. Additionally, the respective eigenfrequency of the profile should be high enough to efficiently influence the flow. The first numerical and experimental results confirm that the aimed modal properties could be obtained. The optimized profile design has been implemented in the resin transfer moulding manufacturing process and selected low-profile actuating elements were applied after fibre-reinforced plastics consolidation on the inner surface of the NACA profile. The applicability of the proposed flow control approach will be evaluated in detail in a specially developed flow channel in further investigations.

PL

W pracy przedstawiono badania dynamicznego wpływu niskoamplitudowego, wysokoczęstotliwościowego pobudzenia za pomocą zintegrowanych w kompozytowy profil lotniczy elementów wykonawczych na opływające profil medium. W tym celu dobrze poznane profile typu NACA 64-418 zostały wytworzone z materiału kompozytowego na bazie żywicy epoksydowej wzmocnionej włóknami szklanych i wyposażone w zintegrowane elementy wykonawcze. Parametry modalne profili zoptymalizowano w procesie projektowania w taki sposób, iż przestrzenne rozmieszczenie węzłów i strzałek profilu ma potencjalnie korzystny wpływ na opływające go medium. Dodatkowo, odpowiadająca tej postaci częstotliwość własna profilu musi być wystarczająco wysoka, aby efektywnie wpływać na przepływ. Pierwsze numeryczne i eksperymentalne wyniki potwierdzają możliwość uzyskania zamierzonych parametrów modalnych. Do wytworzenia zoptymalizowanej konstrukcji profilu wykorzystano technologię RTM (ang. Resin Transfer Moulding). Po skonsolidowaniu profilu wybrane cienkie elementy wykonawcze zostały zaaplikowane na wewnętrznej powierzchni profilu NACA. Możliwość zastosowania proponowanego podejścia do kontroli przepływu medium będzie określana szczegółowo w dalszych badaniach w specjalnie skonstruowanym kanale przepływowym.

4

Electrical and thermal properties of composites based on thermoplastic polymer and low melting metal alloy

Trojanowska-Tomczak M., Steller R., Szymczyk P.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 1

19-23

EN

The paper concerns composite materials based on a thermoplastic polymer and low melting metal alloy. Composites with various alloy content were prepared by the sintering of PMMA or PVC powder to obtain a matrix with open pores. Then, liquid Wood's alloy was intruded into the matrix using a pressure autoclave. The obtained systems consist of co-continuous, interlaced 3D networks. The microstructure, electrical and thermal properties have been investigated. SEM micrographs revealed good dispersion of the filler in the matrices. The metal alloy inclusions have irregular shapes and different sizes from a few µm up to 100 µm. The results of the resistivity measurements showed that both composites conduct electrical current well. The resistivity of the samples varies from 4.2 • 10-4 to 1.5 • 10-5 Ω •m and the type of matrix does not have an influence. In contrast to electrical conductivity, the concentration dependence of thermal conductivity did not show percolation behaviour. The thermal conductivity of the composites increased but only slightly and its value is still closer to the polymers than to the metals. A slight reduction in the Vicat softening point of the composites was observed. It is due to the low melting temperature of the alloy, i.e. 70°C.

PL

Głównym celem towarzyszącym wytwarzaniu kompozytów polimer-metal jest otrzymanie materiałów dobrze przewodzących prąd przy jak najmniejszej zawartości metalu. Jednak większość kompozytów, w których metal jest rozproszony w matrycy polimerowej w sposób przypadkowy, wymaga stosunkowo dużej zawartości napełniacza. Niesie to ze sobą trudności różnego rodzaju, np. wzrost lepkości układu, powstawanie aglomeratów. W niniejszej pracy przedstawiono kompozyty o innej strukturze, tj. strukturze wzajemnie przenikających się składników, gdzie polimer i metal tworzą dwie ciągłe fazy. Porowate matryce polimerowe o otwartych porach wytworzono za pomocą techniki spiekania. Następnie napełniano je ciekłym stopem niskotopliwym przy użyciu ciśnienia azotu. Jako osnowy użyto suspensyjnego polichlorku winylu oraz polimetakrylanu metylu, a jako napełniacza stopu Wooda. Otrzymano kompozyty o zawartości metalu 10, 20 i 30% obj. Zaprezentowano wyniki obserwacji mikrostruktury zbadanej za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. W ramach pomiarów właściwości elektrycznych i termicznych określono rezystywność skrośną, przewodnictwo cieplne oraz temperaturę mięknienia wg Vicata. Na podstawie mikroskopii SEM stwierdzono, że matryca nie ma wpływu na strukturę kompozytów. Między złączonymi ziarnami polimeru występuje ciągła faza metaliczna, przy czym ziarna PMMA mają bardziej regularny, kulisty kształt niż ziarna PVC. Mikroskopia wykazała również stosunkowo równomierny rozkład cząstek napełniacza. Wszystkie kompozyty dobrze przewodzą prąd elektryczny. Rezystywność skrośna rośnie wraz z zawartością metalu i mieści się w przedziale wartości od 4,2 • 10-4 do 1,5 • 10-5 Ω •m. Pomimo, że rezystancja PVC jest o rząd mniejsza od rezystancji PMMA, kompozyty nie wykazują znacznych różnic w zależności od rodzaju matrycy. Wbrew oczekiwaniom przewodnictwo cieplne nie ulega znacznemu zwiększeniu. Jego wartość wzrasta w porównaniu do matryc, ale pozostaje nadal bliższa materiałom polimerowym niż metalom. Dla zawartości stopu Wooda 30% obj. przyjmuje najwyższą wartość 1,5 W/(Km), a więc jest około trzykrotnie większa od przewodnictwa czystych PVC i PMMA. Odporność cieplna kompozytów uległa niewielkiemu zmniejszeniu. Jest to prawdopodobnie wynik występowania stopu Wooda w stanie ciekłym w warunkach pomiaru ze względu na jego niską temperaturę topnienia (ok. 70°C).