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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2019.tde-09052024-171711
Document
Author
Full name
Luis Eduardo Jaramillo Bustamante
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Ribeiro, Marcelo Leite (President)
Medeiros, Ricardo de
Nobrega, Euripedes Guilherme de Oliveira
Title in English
Numerical evaluation of a damage detection method for composite plates using Lamb wave response with piezoelectric transducers
Keywords in English
damage detection
Hilbert-Huang Transform
Lamb waves
laminated carbon fiber reinforced composite
structural health monitoring
Abstract in English
When compared to metals, composite materials exhibit superior structural performance due to their higher Stiffness-to-weight ratio and corrosion resistance, becoming attractive for their application in aerospace structures. However, the economic impact of their rigorous preventive maintenance, required due to their complex damage mechanics, hinders a more extensive use of these materials; one of such failure modes is delamination. In this regard, the use of Lamb wave active response through the employment of piezoelectric transducers for feature detection in composites is a hot research topic nowadays. In this work, a model for the acoustic detection of delamination along a line of piezo transducers is proposed. The methodology utilizes time-domain processing techniques and is numerically assessed for a set of bidirectional laminated composites with different delaminations. The model proposed detects the existence of stiffness discontinuities, which can be attributed to damage, by processing signals through the Hilbert-Huang Transform and then it quantifies it by using the magnitude and times of flight of the Antisymmetric Lamb wave propagation mode extracted from the voltage response data. In the numerical studies, the model achieves reliable damage detection and gives reasonable accuracy as localizes it and quantifies its extension with conservative estimations, thus encouraging its extension for future works
Title in Portuguese
Avaliação numérica de um método para detecção de dano em placas de compósito usando a resposta de ondas Lamb com transdutores piezoelétricos
Keywords in Portuguese
detecção de dano
laminados de compósito
monitoramento da saúde estrutural
ondas Lamb
Transformada de Hilbert-Huang
Abstract in Portuguese
Quando comparados com os metais, os materiais compósitos exibem uma performance estrutural superior devido à sua razão de rigidez sobre peso e sua resistência à corrosão, virando atrativos para sua aplicação em estruturas do setor aeroespacial. Embora, o impacto econômico da rigorosa manutenção preventiva, requerida devido aos mecanismos complexos de dano que possuem, impede um uso mais extensivo desses materiais; um de esses modos de falha é a delaminação. Nesta ordem, o uso da resposta ativa de ondas Lamb mediante o emprego de transdutores piezoeléctricos para detecção de anomalias tem sido uma área de pesquisa de muita atividade nos recentes anos. Neste trabalho, um modelo para a detecção acústica de delaminação ao longo de uma linha de transdutores piezo é proposta. A metodologia utiliza técnicas de processamento de sinais no domínio do tempo e é avaliada numericamente para placas de fibra de carbono bidirecional com diferentes delaminações. O modelo proposto detecta a existência de descontinuidades de rigidez, as quais são atribuídas ao dano, processando sinais mediante a Transformada de Hilbert-Huang e as quantifica usando a magnitude e tempos de voo do modo de propagação Antissimétrico das ondas Lamb extraídas dos dados de resposta de voltagem. Nos estudos numéricos, o modelo atinge uma detecção de dano confiável e resulta numa precisão razoável enquanto o localiza e quantifica sua extensão com estimativas conservadoras, portanto, estimulando a continuidade do modelo para trabalhos futuros.
 
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Publishing Date
2024-05-09
 
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