超声波引导波与在可变温度和操作条件下在硬化复合板中的界面解接的相互作用

科学领域:

• 工程 工程师 工程师 工程师
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 非破坏性测试 不破坏性测试

背景情况:

• 刚性复合板在工程中至关重要,但易受界面解的影响.
• 超声波引导波 (UGW) 技术可以精确监测复合材料的损坏.
• 关于UGW与在飞机内和环境负荷组合下解锁的相互作用的研究有限.

研究的目的:

• 开发一种模拟UGW传播的多物理有限元素模型,用于模拟硬化复合板中的UGW传播,并进行界面解接.
• 研究飞机内边缘负荷和湿热条件对UGW信号的综合影响.
• 通过实验数据和文献验证数值模型.

主要方法:

• 在COMSOL Multiphysics®中开发了一个有限元模型,用于UGW传播模拟.
• 使用四面体元素模拟一个硬化复合板与模拟的解槽.
• 使用相关系数与实验和文献结果对模型进行验证.
• 进行了对解尺寸,飞机内载荷和高热强度的参数研究,激发了A0模式.

主要成果:

• 该模型成功模拟了UGW传播,并与实验数据进行了验证.
• 在完美结合的区域观察到从A0到S0模式的模式转换,表明结合状态.
• 在平面内负载对峰值振幅产生了边际影响,而温度增加则增强了UGW信号能量和振幅.
• 规范化关联时刻 (NCM) 随着解而增加,随着温度而减少;CWT峰值方差随着解而减少.

结论:

• 开发的多物理模型准确地模拟了UGW与硬复合板中的界面解接的相互作用.
• 超热分析,特别是NCM和CWT变异,显示出在混合热和机械负荷下检测解的前景.
• 研究结果为开发复合结构的先进结构健康监测算法提供了洞察力.