Водени бранови во структурите на плочите и нивна интеракција со структурни елементи и дефекти
НДТ во истражување, развој и примена
Водени бранови во структурите на плочите и нивна интеракција со структурни елементи и дефекти
Резиме
1. Вовед
2. Методи за проучување на ширењето на брановите во структурите на плочите
3. Експериментален: Структура на CFRP плочите и методи на возбудување на бран
Квази-изотропни композитни панели честопати се интересираат како градежни материјали во конструкцијата на авиони. Неколку слоеви со различни слоеви на влакна се наредени една врз друга. Можни се различни градежни варијанти. Сл. 1 покажува најчесто користени ориентации на влакна кои се состојат од најмалку 8 слоја. Ознаката (0/45/-45/90) 2S се залага за редоследот на ориентациите на влакната, каде што S2 значи дека горната низа се повторува огледувана на долната површина на плочата. Плочата тогаш е дебела 1 мм со 8 слоја. Подебели панели се прават со редење неколку такви низи. Симетријата на системот во однос на ротациите околу нормалната плоча (насока z) е од интерес за ширењето на бранот. Двете варијанти покажуваат (како и сите композити со влакна) симетрија кога се ротираат за 180 °. Сепак, симетријата во однос на ротацијата за 90 ° е веќе во голема мера нарушена. Особено, крутоста при свиткување околу x-оската значително ќе се разликува од онаа околу y-оската. Затоа може да се претпостави дека режимите на бран со значителен дел од свиоците имаат одредена анизотропија.
 |
 |
Скенирањето на ширењето на бранот се врши со системот ЛАСУС. Овој внатрешен развој се заснова на комерцијален ласерски виброметар за скенирање. Беше применета ретрорефлективна фолија за да се подобрат својствата на оптичкиот грб. По избор, контролата на огледалото и стекнувањето на податоци може да се одвива со самиот систем на виброметар или - особено за повисоки фреквенции - со надворешна контрола и стекнување податоци. Евалуацијата во голема мера се спроведува со софтвер програмиран под LabView. На сите последователни мерења, виброметарот беше позициониран вертикално пред површината за мерење. Ова има предност што сликите можат лесно да се толкуваат. Режимите на симетрични бранови со низок ред се прикажани само многу слабо, бидејќи главните компоненти на осцилацијата лежат во рамнината на плочата. Како по правило, сепак, симетричните режими на бран сè уште можат да бидат видливи, така што може да се извлечат заклучоци за нивната дисперзија и насочна дистрибуција.
4. Пропагирање на бран во ненарушени плочи на CFRP
Сите добиени резултати од мерењето може да се разберат како збир на моментални вредности (поместување на честички или брзина на поместување) на тродимензионален простор. Овој простор е распространет од двата координати за позиција на мерната површина и времето. Докажано е дека е корисно да се визуелизираат такви множества на податоци со правење делови по различни рамнини. Слика 3 ги прикажува таквите делови за мерење на плочата што не се вознемирува. Така што слабите режими на бран се исто така видливи, избран е скалирање што силно ги надминува другите области на сликата.
| Сл. 3: Ширење на бран во непречена CFRP плоча, временски пресек на t = 50 µs (долу лево), претстава за временска локација за вертикален дел (y = 235 mm, горе лево) и хоризонтален пресек (x = 330 mm, долу десно ), Временски сигнал во центарот на ултразвучниот извор (пренасочен горе десно). |
| Сл. 4: Слика од ширењето на бранот по 160 µs (десно) со јасни карактеристики на qA0 бран и придружни временски сигнали за две мерни точки, временската оска е во μs и моменталните вредности во која било единица (иста за двата сигнали). |
На слика 4, повторно се избира еднократна слика. Брановите форми (А-слики) се доделуваат на две точки со иста фазна позиција на qA0 бранот. Како што е веќе наведено во временската слика, амплитудата е значително зголемена долж хоризонталната оска. Соодветниот фактор може да се прочита од А-скенирањата како 2.1.
5. Проширувањето на бранот во плочата CFRP откако ќе се воведе штетата од ударот
Слика 5 прикажува снимки од ширењето на бранот во плочата. Во избраната репрезентација овде, резултатите од мерењето се надредени на фотографијата од површината за мерење, така што распаѓањето е видливо како солза на ретрорефлективната фолија (1). Влијанието 2 се појавува само во брановите полиња.
Двете влијанија покажуваат два различни ефекти врз брановото поле. Од една страна, полето на пренесениот бран е одложено. Од друга страна, се создаваат залутани бранови. Забележително е дека влијанието на влијанието 3 J врз брановото поле е барем големо или поголемо како и влијанието на распаѓањето. Ова се однесува особено на страничниот степен на областа во која примарниот бран е одложен. Претходно неконтролираната, но очигледна претпоставка го враќа ова назад кон асиметријата на обемот на штетата, предизвикана од ориентацијата на најоддалечениот слој на влакната од насоката на ударот. Ултразвучните прегледи покажуваат сооднос на аспект од околу 3 за ова.
| Слика 5: Бранско поле на qA0 бранот во различно време; 1: удар преку (енергија 10 J); 2: Позиција на ударот на 3,5 Ј (штета што не се гледа визуелно). |
6. Заклучоци и понатамошна работа
Ласерските виброметриски мерења на однесувањето на ширењето на плочите бранови обезбедуваат важно знаење што мора да се земе предвид при дизајнирање и подоцна користење системи за мониторинг на здравјето засновани на јагнешки бранови. Ширењето на бранот не е ниту изотропско ниту дисперзивно. Во конкретниот случај, нема дури ни симетрија во однос на вртењето низ 90 °. За бранот qA0, кој може да се смета како флексибилен бран за многу ниски фреквенции, ова може да се види и од структурата (види слика 1).
Оштетувањето од ударот предизвикува значително доцнење во однос на директно пренесениот бран qA0. Расфрланите компоненти на бранот се толку слаби што е тешко да се одделат од нераспространетите бранови без понатамошни „трикови“. Тековната сопствена работа [6] се занимава со вклучување на понатамошни режими на бранови и раздвојување на режимите на бранови за време на преносот и приемот преку конвертори на конвертори.
Литература:
- Б. Келер, М. Кехленбах, Р. Билграм, „Оптичко мерење и визуелизација на минливи ултразвучни бранови полиња“, во: Акустична слика, том 27, изменето од В. Арнолд и С. Хирсекорн, Клувер Академски/Пленум издавачи, Дордрехт & Newујорк, 2004 година, стр.315-322, во печатење.
- M. Kehlenbach, B. Köhler, X. Cao, H. Hanselka, „Нумеричка и експериментална истрага на интеракцијата на бранот на јагнето со дисконтинуитети“, Зборник на трудови на 4-та меѓународна работилница за мониторинг на структурното здравје, Универзитет Стенфорд, Стенфорд, Калифорнија, 15 септември - 17, 2003 година.
- Б. Колер, Ф. Шуберт, Б. Франкенштајн, „Нумеричка и експериментална истрага на возбудувањето, ширењето и откривањето на јагнешкото брано за SHM“, Proc. на 2-та Европска конференција за следење на структурното здравје, Минхен/Германија, 7-9 јули 2004 година.
- K. F. Graff, "Wave Motion in Elastic Solids", Clarendon Press, Oxford, 1975, стр. 431-435
- Колер, Ф. Шуберт, „Оптичко откривање на еластодинамички полиња на ултразвучни трансдуцери“, ултразвук, 40 (2002) стр. 741-74
- Б. Келер, Ф. Франкенштајн, Ф. Шуберт, М. Гурка, Д. Спорн, „Следење на здравјето на компонентите изработени од композитни материјали (CFRP, GFRP) со помош на интегрирано возбудување, размножување и откривање на плочи на бранови од пиезо-влакна“, 7-ми експертски денови на АЗТ 2003 година, Штета и поправни мерки на „Електричните централи на ветерот“, 10-11 ноември 2003 година, Исманинг
Денот на благодарноста:
Нашата искрена благодарност оди до д-р. Бертолд од IMA Dresden GmbH за донесување штета од ударот и г-дин Bittrich и г-ѓа Noack за извршување на мерењата. Посебна благодарност до Deutsche Forschungsgemeinschaft за финансирањето на проектите KO 1386-1 и KO 1386-5 (под-проект на истражувачката група FOR384) во чијшто контекст би можеле да се случат основните методолошки и мерни развој на системот LASUS што се користи тука.