Применение бегущих волн в определении поврежденности интерфейсов в слоистых композитах

Слоистые композиты
Ламинаты низкой плотности – ламинаты с полимерным сердечником 40-60% от общей толщины и низкой плотности, разработанные в основном для экономии веса автомобильных компонентов.
Звукопоглощающие ламинаты – ламинаты с тонким вязкоупругим клеевым слоем толщиной менее 20% от общей толщины, разработанные для звукопоглощения.
Плакированные листы – ламинаты, состоящие только из металлических листов, различных по природе и толщине, с очень тонким клеевым слоем или скрепленных диффузией.
J.-K. Kim, T.-X. Yu J. Mater. Process. Technol. (1997)
1

Типы повреждений
P. Cawley, R.D. Adams
Mater. Sci. Technol. (1989)
B. Wang, Sh. Zhong,
T.-L. Lee, K. S. Fancey, J. Mi
AIME (2020)
2

Системы мониторинга
Project GW4SHM – Guided Waves for Structural Health Monitoring. (2020)
Инспекция коллекторов на газокомпрессорных станциях в Монтане и Северной Дакоте в США
3

Моделирование слоистых композитов
Граничные условия идеального контакта
Граничные условия пружинного типа для ослабленного интерфейса
4

Дисперсионные кривые
E. Glushkov, N. Glushkova, A. Eremin J. Acoust. Soc. Am. (2011)
дисперсионное уравнение
волновые числа нормальных мод
5

Дисперсионные кривые
Расчетные значения медленностей волн Лэмба в трехслойном ламинате
(Алюминий 2 мм/Эпоксидная пленка 50 мкм / Алюминий 2 мм)
для различных значений коэффициентов жесткости.
6

Экспериментальная верификация
Авторы выражают благодарность профессору Р. Ламмерингу за помощь в проведении экспериментальных работ.
Лаборатория в Университете им. Хельмута Шмидта (г. Гамбург, ФРГ).
7

Экспериментальная верификация
8

Экспериментальная верификация
9

Экспериментальная верификация
10

Определение
поврежденности интерфейса
M.V. Golub, O.V. Doroshenko, A.E. Boström, Int. J. Solids Struct. (2016)
M.V. Golub, O.V. Doroshenko, Int. J. Solids Struct. (2019)
нормальная жесткость
тангенциальная жесткость
11

Определение
поврежденности интерфейса
Двуслойная модель, клеевая прослойка моделируется граничными условиями пружинного типа
12

Краевые волны
Wilde M.V., Golub M.V., Eremin A.A. Ultrasonics (2019)
Wilde M.V., Golub M.V., Eremin A.A. J. Sound Vib. (2019)
13

Краевые волны
Медленности краевых волн в полубесконечной двухслойной пластине из стекла и стали с идеальным и ослабленным контактом (ГУ ПТ)
M.V. Golub, M.V. Wilde,
A.A. Eremin, O.V. Doroshenko Lecture Notes in Civil Engineering (2021)
фундаментальные моды
моды высших порядков
14

Заключение
В работе был рассмотрен (теоретически и экспериментально) неидеальный контакт между слоями композита.
Показано, что бегущие волны, распространяющиеся в ламинате с поврежденным интерфейсом, изменяют свои дисперсионные свойства.
Преимущества метода:
эффективные граничные условия пружинного типа могут быть успешно применены для описания распространения волны через границу раздела сред.
моделирование, основанное на пружинной модели, предсказывает те же изменения дисперсионных свойств, которые были получены на основе экспериментальных данных.
краевые волны высокого порядка позволяют выявить ослабление адгезии в окрестности краев пластины, где применение волн Лэмба затруднено.
15