Vezetett hullámok a lemezszerkezetekben és ezek kölcsönhatása a szerkezeti elemekkel és hibákkal

NDT a kutatásban, fejlesztésben és alkalmazásban

Vezetett hullámok a lemezszerkezetekben és ezek kölcsönhatása a szerkezeti elemekkel és hibákkal

Összegzés

1. Bemutatkozás

2. Módszerek a hullámterjedés tanulmányozására lemezszerkezetekben

3. Kísérlet: A CFRP lemezek felépítése és a hullám gerjesztésének módszerei

A kvázi-izotróp szálas kompozit panelek gyakran érdeklődnek építőanyagként a repülőgépgyártás során. Több, különböző szálas rétegű réteg egymásra van rakva. Különböző konstrukciós változatok lehetségesek. Az 1. ábra legalább 8 rétegből álló általánosan használt szálirányokat mutat be. A (0/45/-45/90) 2S jelölés a szálirányok sorrendjét jelenti, ahol S2 azt jelenti, hogy a fenti szekvencia megismétlődik a lemez alsó felületén. A lemez ekkor 1 mm vastag, 8 réteggel. Vastagabb paneleket több ilyen szekvencia egymásra rakásával készítenek. A rendszer szimmetriája a lemez normál (z-irány) körüli forgásaival kapcsolatban érdekes a hullám terjedése szempontjából. Mindkét változat (minden szálkompozithoz hasonlóan) szimmetriát mutat 180 ° -kal elforgatva. A 90 ° -os elforgatással kapcsolatos szimmetria azonban már nagyrészt zavart. Különösen az x tengely körüli hajlítás merevsége jelentősen eltér az y tengely körüli merevségtől. Ezért feltételezhető, hogy a kanyarok jelentős hányadával rendelkező hullámmódok bizonyos anizotropiával rendelkeznek.

ezek
1. ábra: A CFRP panelek két általános szerkezeti változata 8 szálréteggel. 1. változat: (0/45/-45/90) 2S, 2. változat: (0/45/90/-45) 2S. A felhasznált lemez (d = 2 mm) 16 szálréteggel rendelkezik.

ezek
2. ábra: A lemezhullámok gerjesztésének három lehetséges változata, a) piezo tárcsa és csillapító testből (DK) álló normál szondák ultrahangvizsgálathoz, b) kötött piezo tárcsák és c) nyíróhullám szondák ultrahangos teszteléshez.

A hullámterjedés letapogatását a LASUS rendszerrel végzik. Ez a házon belüli fejlesztés egy kereskedelmi letapogató lézeres vibrométeren alapul. Az optikai visszaszóródási tulajdonságok javítására fényvisszaverő filmet alkalmaztak. Opcionálisan a tükörvezérlés és az adatgyűjtés történhet magával a vibrométer rendszerrel, vagy - különösen magasabb frekvenciák esetén - külső vezérléssel és adatgyűjtéssel. Az értékelést nagyrészt a LabView alatt programozott szoftverrel végzik. Minden további mérés során a vibrométert függőlegesen a mérőfelület előtt helyeztük el. Ennek az az előnye, hogy a képek könnyen értelmezhetők. Az alacsony rendű szimmetrikus hullámmódok csak nagyon gyengén jelennek meg, mivel a fő oszcillációs komponensek a lemez síkjában helyezkednek el. Általában azonban a szimmetrikus hullámmódok továbbra is láthatóvá tehetők, így következtetéseket lehet levonni szórásukról és irányeloszlásukról.

4. Hullámterjedés zavartalan CFRP lemezeken

Az összes kapott mérési eredmény a pillanatnyi értékek (részecskemozgások vagy elmozdulási sebességek) halmazaként értelmezhető háromdimenziós térben. Ezt a teret a mérőfelület és az idő két pozíciókoordinátája fedi le. Előfordul, hogy előnyös az ilyen adatsorok vizualizálása különböző síkok mentén metszetekkel. A 3. ábra ilyen metszeteket mutat be a zavartalan lemezen történő méréshez. Ahhoz, hogy a gyenge hullámmódok is láthatók legyenek, olyan méretezést választottak, amely erősen túlhajtja a többi képterületet.

3. ábra: Hullámterjedés a zavartalan CFRP-lemezen, az időmetszet t = 50 µs-nál (balra lent), az idő-hely ábrázolása egy függőleges szakasz (y = 235 mm, bal felső rész) és egy vízszintes szakasz (x = 330 mm, jobb alsó rész) ), Időjel az ultrahangos forrás közepén (túlhajtva jobbra fent).

4. ábra: Pillanatkép a hullámterjedésről 160 µs után (jobbra) a qA0 hullám egyértelmű jellemzőivel és a kapcsolódó időjelekkel két mérési ponton, az idő tengelye µs-ben van, a pillanatnyi értékek pedig bármelyikben (mindkét jelnél ugyanaz).

A 4. ábrán ismét egyetlen pillanatfelvételt választunk ki. A hullámalakok (A-képek) két ponthoz vannak hozzárendelve, amelyek a qA0 hullám azonos fázispozíciójával rendelkeznek. Amint azt az időpillanatban már jeleztük, az amplitúdó jelentősen megnő a vízszintes tengely mentén. A megfelelő tényező leolvasható az A-szkennelésekről: 2.1.

5. A hullám terjedése a CFRP lemezen az ütközéskárosodás bevezetése után

Az 5. ábra a lemez hullámterjedésének pillanatképeit mutatja be. Az itt kiválasztott ábrázolásban a mérési eredményeket a mérőfelület fényképére helyezzük, így a bontás könnyként láthatóvá válik a visszatükröző fólián (1). A 2. hatás csak a hullámmezőkben jelenik meg.
Mindkét hatás két különböző hatást mutat a hullámtéren. Egyrészt az átvitt hullámmező késik. Másrészt kóbor hullámok keletkeznek. Figyelemre méltó, hogy a 3 J hatásnak a hullámtérre gyakorolt ​​hatása legalább akkora vagy nagyobb, mint a bontásé. Ez különösen arra a területre vonatkozik, ahol az elsődleges hullám késik. Egy korábban ellenőrizetlen, de kézenfekvő feltételezés visszavezeti ezt a károsodás mértékének aszimmetriájához, amelyet a leghátsó rostréteg ütésirányból történő orientációja okoz. Az ultrahangvizsgálatok erre körülbelül 3 képarányt mutatnak.

5. ábra: A qA0 hullám hullámmezeje különböző időpontokban; 1: átüt (energia 10 J); 2: Az ütközés helyzete 3,5 J-nál (a sérülés vizuálisan alig látható).

6. Következtetések és további munka

A lemezhullámok terjedési viselkedésének lézeres vibrometrikus mérése fontos megállapításokat nyújt, amelyeket figyelembe kell venni a Bárányhullámokon alapuló egészségfigyelő rendszerek tervezésénél és későbbi felhasználásánál. A hullám terjedése nem izotróp és nem diszperziómentes. Jelen esetben a 90 ° -os elfordulás tekintetében sincs szimmetria. A nagyon alacsony frekvenciákon rugalmas hullámnak tekinthető qA0 hullám esetében ez a szerkezetből is látszik (lásd 1. ábra).
Az ütközési kár jelentős késést okoz a közvetlenül átvitt qA0 hullámhoz képest. A szórt hullámkomponensek annyira gyengék, hogy további "trükkök" nélkül nehéz elválasztani őket a szétszóratlan hullámoktól. A jelenlegi saját munka [6] további hullámmódok beépítésével és a hullámmódok szétválasztásával foglalkozik a küldésben és fogadásban átalakító koncepciók segítségével.

Irodalom:

  1. B. Köhler, M. Kehlenbach, R. Bilgram, "Tranziens ultrahangos hullámterek optikai mérése és vizualizálása", in: Acoustical Imaging, 27. évfolyam, szerkesztette: W. Arnold és S. Hirsekorn, Kluwer Academic/Plenum Publishers, Dordrecht & New York, 2004, 315-322. Oldal, nyomtatásban.
  2. M. Kehlenbach, B. Köhler, X. Cao, H. Hanselka, "A bárányhullám kölcsönhatásának megszakításai numerikus és kísérleti vizsgálata", Stanford Egyetem, Stanford Egyetem, szeptember 15- 2003. 17.
  3. B. Koehler, F. Schubert, B. Frankenstein, "A bárányhullám gerjesztésének, terjedésének és detektálásának numerikus és kísérleti vizsgálata az SHM számára", Proc. a strukturális egészségfigyelésről szóló 2. európai konferencia, München/Németország, 2004. július 7–9.
  4. K. F. Graff, "Hullámmozgás rugalmas szilárd anyagokban", Clarendon Press, Oxford, 1975, 431–435.
  5. B. Kohler, F. Schubert, "Ultrahangos átalakítók elasztodinamikai mezõinek optikai detektálása", Ultrahang, 40 (2002) 741-74
  6. B. Köhler, F. Frankenstein, F. Schubert, M. Gurka, D. Sporn, "Kompozit anyagokból készült alkatrészek (CFRP, GFRP) állapotfigyelése integrált piezo szálas jelátalakító gerjesztésével, lemezhullámok terjedésével és detektálásával", 7. AZT szakértői napok 2003, "Szélenergia-üzemek" kár- és orvoslási intézkedések, 2003. november 10–11., Ismaning

Hálaadás:

Őszinte köszönetünket Dr. Berthold az IMA Dresden GmbH-tól az ütközési károk behozataláért, Bittrich úr és Noack asszony a mérések elvégzéséért. Külön köszönet illeti a Deutsche Forschungsgemeinschaftot a KO 1386-1 és a KO 1386-5 projektek finanszírozásáért (az FOR384 kutatócsoport alprojektje), amelyek keretében az itt használt LASUS rendszer alapvető módszertani és mérési fejlesztései megvalósulhatnak.