بررسی تجربی رفتار انتشاری امواج فراصوت هدایت‌شده به منظور ارزیابی غیرمخرب ورق‌های چندلایه کامپوزیتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک، مرکز آزمون‌های غیرمخرب پیشرفته دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش با استفاده از روش­های پردازش سیگنال، ضمن بررسی تجربی رفتار انتشاری امواج فراصوت هدایت شده، در یک ورق کامپوزیتی از جنس پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه، نسبت به تحلیل تغییرات سیگنال امواج اقدام شده است. ابتدا با طراحی مسیرهای متعددِ انتشار امواج، بر اساس شبکه‌ای از مبدل‌های پیزوالکتریک با نقش دوگانه محرک و حسگر، سطح ورق به چهار ناحیه شامل نواحی سالم، دچار تورق، شکاف و سوراخ تقسیم شد. در ادامه با تعریف دو نوع شاخص خرابی، ذیلِ مفاهیم تبدیل موجک، اقدام به استخراجِ ویژگی از سیگنال­های مرتبط با هر یک از نواحی چهارگانه در قالب 40 مسیر و 9 وضعیت مقایسه‌ای گردید. در نهایت تاثیر هر یک از انواع خرابی‌ها بر روی سیگنال‌ امواج، در قالب بررسی مقادیر عددی شاخص‌های خرابی، در حوزه مشترک زمان و فرکانس، تحت مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد، تغییرات رفتار امواج، متاثر از وجود خرابی در سازه که در تفاوت مقادیر عددی شاخص­های خرابی آشکار می­گردد، موجب شناسایی و تمایز عیوب گوناگون در سازه ورقی کامپوزیتی شده و جایگزینی مقرون به صرفه و مناسب برای آزمون­های غیرمخربِ متداول است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kaw A.K., Mechanics of composite materials, 2005.
[2] Fawcett A.J., Oakes G.D., Boeing composite airframe damage tolerance and service experience, in: Composite Damage Tolerance & Maintenance Workshop, 2006.
[3] Speckmann H., Roesner H., Structural health monitoring: A contribution to the intelligent aircraft structure, in:  Proceedings of the 9th European Conference on NDT (ECNDT), Berlin, Germany, pp.17, 2006.
[4] Garnier C., Pastor M. L., Eyma F. and Lorrain B., The detection of aeronautical defects in situ on composite structures using Non Destructive Testing, Composite structures, 93(5), 2011.
[5] Balageas D., Fritzen C.P. and Güemes A., Structural health monitoring, John Wiley & Sons, 2010.
[6] Su Z., Ye L., Identification of damage using Lamb waves: from fundamentals to applications, Springer Science & Business Media, 2009.
[7] Yu H., Dynamic behaviour of piezoelectric sensors and their application in crack identification for SHM, University of Alberta, 2017.
[8] Guo N., Cawley P., The interaction of Lamb waves with delaminations in composite laminates, The Journal of the Acoustical Society of America, 94(4) 2240-2246, 1993.
[9] Kessler S.S., Spearing S.M. and Soutis C., Damage detection in composite materials using Lamb wave methods, Smart materials and structures, 11(2) 269, 2002.
[10] Su Z., Ye L., Lamb wave-based quantitative identification of delamination in CF/EP composite structures using artificial neural algorithm, Composite Structures, 66(1) 627-637, 2004.
[11] Wang D., Ye L., Lu Y. and Su Z., Probability of the presence of damage estimated from an active sensor network in a composite panel of multiple stiffeners, Composites Science and Technology, 69(13) 2054-2063, 2009.
[12] Wang D., Ye L., Su Z. and Lu Y., Quantitative identification of multiple damage in laminated composite beams using A0 Lamb mode, Journal of Composite Materials, 45(20) 2061-2069, 2011.
[13] Ben B.S., Ben B.A., Vikram K. and Yang S., Damage identification in composite materials using ultrasonic based Lamb wave method, Measurement 46(2) 904-912, 2013.
[14] Vitola J., Pozo F., Tibaduiza D.A. and Anaya M., Distributed piezoelectric sensor system for damage identification in structures subjected to temperature changes, Sensors, 17(6) 1252, 2017.
[15] Rose J.L., Nagy P.B., Ultrasonic waves in solid media, The Journal of the Acoustical Society of America, 107(4) 1807-1808, 2014.
[16] Yeum C.M., Sohn H., Ihn J.B. and Lim H.J., Instantaneous delamination detection in a composite plate using a dual piezoelectric transducer network, Composite Structures, 94(12) 3490-3499, 2012.
[17] Staszewski W.J., Pierce S.G., Worden K., Philp W.R., Tomlinson G.R. and Culshaw B., Wavelet signal processing for enhanced Lamb-wave defect detection in composite plates using optical fiber detection, Opt. Eng, 36(7) 1877-1888, 1997.
[18] Janarthan B., Mitra M., Damage Detection in Stiffened Composite Panel using Lamb Waves, EWSHM, July, 2012.
[19] Standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials, ASTM D3039/D 3039M, 2008.
[20] Ochôa P., Infante V., Silva J.M. and Groves R.M., Detection of multiple low-energy impact damage in composite plates using Lamb wave techniques, Composites Part B: Engineering, 80 291-298, 2015.
[21] Z. Su, L. Ye, Selective generation of Lamb wave modes and their propagation characteristics in defective composite laminates, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Journal of Materials: Design and Applications, 218(2) 95-110, 2004.
[22] Santoni G.B., Giurgiutiu V., Lamb wave-mode tuning of piezoelectric wafer active sensors for structural health monitoring, Journal of Vibration and Acoustics, 129(6) 752-762, 2007.
[23] Jha R., Kim I. and Widana-Gamage D., Investigation of Incident Lamb Wave Parameters on Detection of Composite Delamination, ASME Conference Proceedings, pp. 675-683, 2010.
[24] Toyama N., Takatsubo J., Lamb wave method for quick inspection of impact-induced delamination in composite laminates, Composites science and technology, 64(9) 1293-1300, 2004.
[25] Su Z., Yang C., Pan N., Ye L. and Zhou L.-M., Assessment of delamination in composite beams using shear horizontal wave mode, Composites Science and Technology, 67(2) 244-251, 2007.
[26] Su Z., Ye L., Digital damage fingerprints (DDF) and its application in quantitative damage identification, Composite Structures, 67(2) 197-204, 2005.