Delamination crack detection is very important for improving the structural reliability of laminated composite structures. This requires real-time delamination detection technologies. For composite laminates that are reinforced with carbon fiber, an electrical potential method uses carbon fiber for reinforcements and sensors at the same time. The use of carbon fiber for sensors does not need to consider the strength reduction of smart structures induced by imbedding sensors into the structures. With carbon fiber reinforced (CF/) epoxy matrix composites, it had been proved that the delamination crack was detected experimentally. In the present study, therefore, similar experiments were conducted to prove the applicability of the method for delamination crack detection of CF/polyetherethereketone matrix composite laminates. Mode I and mode II delamination tests with artificial cracks were conducted, and three point bending tests without artificial cracks were conducted. This study experimentally proves the applicability of the method for detection of delamination cracks. CF/polyetherethereketone material has strong electric resistance anisotropy. For CF/polyetherethereketone matrix composites, a carbon fiber network is constructed, and the network is broken by propagation of delamination cracks. This causes a change in the electric resistance of CF/polyetherethereketone matrix composites. Using three point bending specimens, delamination cracks generated without artificial initial cracks is proved to be detectable using the electric potential method: This method successfully detected delamination cracks.
Kumar, S. Keshava;Ganguli, Ranjan;Harursampath, Dineshkumar
Smart Structures and Systems
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제19권1호
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pp.91-103
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2017
Generalized fractal dimension is used to detect the presence of partial delamination in a composite laminated beam. The effect of boundary conditions and location of delamination on the fractal dimension curve is studied. Appropriability of higher mode shape data for detection of delamination in the beam is evaluated. It is shown that fractal dimension measure can be used to detect the presence of partial delamination in composite beams. It is found that the torsional mode shape is well suited for delamination detection in beams. First natural frequency of delaminated beam is found to be higher than the healthy beam for certain small and partial width delaminations and some boundary conditions. An explanation towards this counter intuitive phenomenon is provided.
In this paper, a vibration-based method using the change ratios of modal data and the experience-based learning algorithm is presented for quantifying the position, size, and interface layer of delamination in laminated composites. Three types of objective functions are examined and compared, including the ones using frequency changes only, mode shape changes only, and their combination. A fine three-dimensional FE model with constraint equations is utilized to extract modal data. A series of numerical experiments is carried out on an eight-layer quasi-isotropic symmetric (0/-45/45/90)s composited beam for investigating the influence of the objective function, the number of modal data, the noise level, and the optimization algorithms. Numerical results confirm that the frequency-and-mode-shape-changes-based technique yields excellent results in all the three delamination variables of the composites and the addition of mode shape information greatly improves the accuracy of interface layer prediction. Moreover, the EBL outperforms the other three state-of-the-art optimization algorithms for vibration-based delamination detection of composites. A laboratory test on six CFRP beams validates the frequency-and-mode-shape-changes-based technique and confirms again its superiority for delamination detection of composites.
The tapping test has simplicity of procedure for detection of the damage in aircraft structure. However, the result of tapping test depends on the subjective experience of inspector. In this paper, more objective tapping test has proposed. The impact force histories and tapping sounds are used as reference data to evaluate the delamination. The WT(wavelet transform) is used to decompose the test data. From the results, we could know that high frequency components of force and sound are reduced due to delamination in composite laminate. On these results, the tapping force and sound caused by tapping could be used for the reference data to evaluate the delamination in composite structure.
A wavelet based approach is proposed for structural damage detection in beams, plate and delamination of composite plates. Wavelet theory is applied here for crack identification of a beam element with a transverse on edge non-propagating open crack. Finite difference method was used for generating a general displacement equation for the cracked beam in the first example. In the second and third example, damage is detected from the deformed shape of a loaded simply supported plate applying the wavelet theory. Delamination in composite plate is identified using wavelet theory in the fourth example. The main concept used is the breaking down of the dynamic signal of a structural response into a series of local basis function called wavelets, so as to detect the special characteristics of the structure by scaling and transformation property of wavelets. In the light of the results obtained, limitations of the proposed method as well as suggestions for future work are presented. Results show great promise of wavelet approach for damage detection and structural health monitoring.
Delamination of cover concrete due to re-bar corrosion is a critical damage reducing structural safety of reinforced concrete structures. Therefore, it should be detected and evaluated to provide appropriate maintenance to recover structural integrity. Impact-echo method, which utilizes thickness vibration characteristics of delaminated concrete section, is effective for detection and evaluation of small areal size delamination. However, it may not be applicable for large areal size delamination in which flexural vibration modes are dominated. In this study, applicability of vibration mode shapes of delaminated concrete section is investigated for visualization of delamination region in concrete structures. Numerical and experimental modal tests are performed to estimate mode shapes of delaminated concrete section and linear absolute summation technique is proposed for effective visualization of delamination region based on estimated mode shapes.
This paper investigated sound characteristics by the delamination of an acoustic window. In detail, acoustic scattering and transmission characteristics on the delaminated acoustic window were estimated using an experimental and numerical approach. The experiment results showed that acoustic wave could lose its amplitude and take phase delay when it propagates the delaminated acoustic window. The numerical results showed that scattering phenomena occur on the delamination surface. The scattering characteristics presented differently according to the delamination size in the acoustic window. It also showed that transmitted sound distortion due to delamination could cause a direction detection error of SONAR by changing the position of the main lobe and the magnitude of the side lobe. In conclusion, the delamination has to be managed during the manufacturing process of acoustic windows.
Delamination is the most common failure mode in layered composite materials. The author have found that the electrical potential change (EPC) technique using response surfaces method is very effective in assessment delamination in basalt fiber reinforced polymer (FRP) laminate composite pipe by using electrical capacitance sensor (ECS). In the present study, the effect of the electrodes number on the method is investigated using FEM analyses for delamination location/size detection by ANSYS and MATLAB, which are combined to simulate sensor characteristic. Three cases of electrodes number are analyzed here are eight, twelve and sixteen electrodes, afterwards, the delamination is introduced into between the three layers [$0^{\circ}/90^{\circ}/0^{\circ}$]s laminates pipe, split into eight, twelve and sixteen scenarios for cases of eight, twelve and sixteen electrodes respectively. Response surfaces are adopted as a tool for solving inverse problems to estimate delamination location/size from the measured EPC of all segments between electrodes. As a result, it was revealed that the estimation performances of delamination location/size depends on the electrodes number. For ECS, the high number of electrodes is required to obtain high estimation performances of delamination location/size. The illustrated results are in excellent agreement with solutions available in the literature, thus validating the accuracy and reliability of the proposed technique.
Since composite structures are widely used in structural engineering, delamination in such structures is an important issue of research. Delamination is one of a principal cause of failure in composites. In This study the electrical potential (EP) technique is applied to detect and locate delamination in basalt fiber reinforced polymer (FRP) laminate composite pipe by using electrical capacitance sensor (ECS). The proposed EP method is able to identify and localize hidden delamination inside composite layers without overlapping with other method data accumulated to achieve an overall identification of the delamination location/size in a composite, with high accuracy, easy and low-cost. Twelve electrodes are mounted on the outer surface of the pipe. Afterwards, the delamination is introduced into between the three layers (0º/90º/0º)s laminates pipe, split into twelve scenarios. The dielectric properties change in basalt FRP pipe is measured before and after delamination occurred using arrays of electrical contacts and the variation in capacitance values, capacitance change and node potential distribution are analyzed. Using these changes in electrical potential due to delamination, a finite element simulation model for delamination location/size detection is generated by ANSYS and MATLAB, which are combined to simulate sensor characteristic. Response surfaces method (RSM) are adopted as a tool for solving inverse problems to estimate delamination location/size from the measured electrical potential changes of all segments between electrodes. The results show good convergence between the finite element model (FEM) and estimated results. Also the results indicate that the proposed method successfully assesses the delamination location/size for basalt FRP laminate composite pipes. The illustrated results are in excellent agreement with the experimental results available in the literature, thus validating the accuracy and reliability of the proposed technique.
치과용 복합레진 수복재가 치아로부터 박리된 상태를 모사한 시편을 제작하고 위상잠금 적외선 열화상 기법을 이용하여 박리의 검출 가능성을 조사하였다. 내부 박리의 깊이와 가열 조건에 따른 검출 신호의 Amplitude와 Phase 이미지를 분석하였다. 내부 박리의 위치가 표면으로부터 0.5 mm 인 시편은 lock-in frequency = 0.05 Hz에서 건전부와 박리부의 Amplitude 차이가 가장 컸으며 1 mm와 1.5 mm 시편은 0.025 Hz와 0.01 Hz에서 Amplitude 차이로 박리부 검출이 가능하였다. Phase 변환 결과로부터 0.5 mm 시편은 0.006 Hz와 0.5 Hz 에서 뚜렷한 박리부의 이미지를 얻을 수 있었으며, 1 mm와 1.5 mm 시편은 0.006-0.1 Hz에서 박리부의 검출이 가능하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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