Inspeção de materiais compósitos utilizando ondas acústicas guiadas

Abstract

In this thesis, a detailed study of ultrasonic non-destructive evaluation in plain woven fabric composite plates is performed. A review of analytical and experimental methods for the de- termination of the characteristic equations of the propagation modes and methods for obtain- ing numerical solutions of the elastic constants of the composite and dispersion curves of anisotropic material plates were performed. Some descriptions of textile composites are pre- sented, specifically the 2D orthogonal plain woven fabric carbon-fiber epoxy. Phase and group velocity dispersion curves, skew angle and focusing factor were obtained by numerical simula- tion for the symmetric and antisimetric modes of wave propagation using a multi-layer model with [0/90/45/90/0/90/-45/90/0]. Each layer is made of carbon fibers in the 2D orthogonal plain weave fabric format (T300) in an epoxy matrix (F155). The transfer matrix method was used to model the multilayer composite, resulting in the determination of the propagation modes from their phase/group velocities as a function of frequency and propagation direction in the lami- nate. Experimental approaches were made to validate the theoretical predictions. Two broad- band transducers coupled to acrylic wedges were used with different angles for speed selection, operating in transmission-reception system; scans of the plates with two types of laser vibrom- eters were also used to measure wave propagation. The results were analyzed by comparing the phase velocities, the wave curves and elastic focusing patterns of the A0 and S0 modes, showing agreement with the prediction of the multilayer analytical model. The inspection of two plates was conducted with linear arrays of piezoelectric transducers and synthetic aperture imaging techniques. The ultrasonic images of textile composite plates take into account the propagation mode, the dispersion compensation of the wave packet and ...

Neste trabalho de tese, faz-se um estudo sobre inspeção não destrutiva por ultrassom de placas planas de compósito têxtil de trama simples. Para isso foram realizadas análises para obter os parâmetros elásticos que caracterizam cada lâmina do compósito têxtil. Foi feita uma revisão de métodos analíticos para a determinação das equações características dos modos de propaga- ção e dos métodos numéricos para obtenção de soluções das curvas de dispersão em placas de material anisotrópico. São apresentadas algumas descrições de compósitos têxteis, mais especi- ficamente os de trama simples 2D ortogonal de fibra de carbono-epóxi. Curvas de dispersão de velocidade de fase, velocidade de grupo, ângulo de desvio e fator de focalização foram obtidas por meio de simulação numérica para os modos simétricos e antissimétricos de propagação das ondas, no modelo de um laminado multidirecional constituído de nove camadas com empilha- mento [0/+90/+45/+90/0/+90/-45/+90/0]. Cada camada é feita de fibras carbono no formato de tecido de trama simples ortogonal 2D (T300) em uma matriz de epóxi (F155). Usa-se o modelo de camadas múltiplas para descrevê-lo considerando condições de continuidade nas interfaces entre as camadas, usando o método de matriz de transferência para determinar os modos de propagação em forma de velocidades de fase como função da frequência e direção de propagação da onda no laminado. Abordagens experimentais foram realizadas para a va- lidação das previsões teóricas. Foram utilizados dois transdutores de banda larga de 5 MHz acoplados a prismas com ângulos diferentes para seleção de velocidades, operando em sistema de transmissão-recepção, assim como varreduras das placas com dois tipos de vibrômetros la- ser. Os resultados foram analisados comparando-se as velocidades de fase, as curvas de onda e os padrões de focalização...