DETERMINATION OF OPTIMAL PARAMETERS OF GUIDED WAVE EXCITATION FOR NON-CONTACT ULTRASONIC INSPECTION OF ANISOTROPIC COMPOSITE PLATES

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The present study is carried out within the framework of a semi-analytical computer model. The model is based on the solution of a three-dimensional boundary value problem concerning the interaction of the acoustic field generated by an air-coupled ultrasonic transducer with a composite plate made of fiber-reinforced pregs. The investigation focuses on the influence of composite’s anisotropy and the tilt of the non-contact transducer on the directivity diagrams, frequency response, and dispersion properties of the guided waves excited in the plate. The wave field is described by the solution of the coupled problem for the system source — acoustic medium — composite plate obtained in the form of the inverse Fourier transform path integrals of the waveguide Green’s matrix and source parameters. The residual technique and the stationary phase method gives an explicit physically visual representation for the guided waves excited contactlessly in the composite plate. Utilizing this framework, the optimal transducer tilt angles for exciting waves of the desired type at specific center frequencies are determined. Numerical results demonstrating the dependence of the amplitude-frequency characteristics of the excited waves and the optimal transducer tilt angle on the sample’s structure and elastic properties are presented

作者简介

Olga Ermolenko

Kuban State University

Email: o.ermolenko.a@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3814-6550

Institute for Mathematics, Mechanics and Informatics

俄罗斯联邦, 350040 Krasnodar, Stavropolskaya str., 149

Evgeny Glushkov

Kuban State University

Email: evg@math.kubsu.ru

Professor, Principal Researcher, Institute for Mathematics, Mechanics and Informatics

俄罗斯联邦, Stavropolskaya 149, 350040, Krasnodar, Russia

Natalia Glushkova

Kuban State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: nvg@math.kubsu.ru

Professor, Principal Researcher, Institute for Mathematics, Mechanics and Informatics

俄罗斯联邦, Stavropolskaya 149, 350040, Krasnodar, Russia

参考

  1. Rubino F., Nisticó A., Tucci F., Carlone P. Marine Application of Fiber Reinforced Composites: A Review // J. Mar. Sci. Eng. 2020. V. 8(1). Article number 26.
  2. Khan F., Hossain N., Mim J.J.,Rahman Sm.M., Iqbal Md.J., Billah M., Chowdhury M.A. Advances of composite materials in automobile applications — A review // Journal of Engineering Research. 2024. (In Press)
  3. Ince C., Peerzada M., Mathews L.D., Pai A.R., Al-qatatsheh A., Abbasi S., Yin Y., Hameed N., Duffy A.R., Lau A.K., Salim N.V. Overview of emerging hybrid and composite materials for space applications // Adv. Compos. Hybrid. Mater. 2023. V. 6. Article number 130.
  4. Raghavan A., Cesnik C.E.S. Review of Guided-Wave Structural Health Monitoring // The Shock and Vibration Digest. 2007. V. 39. P. 91—114.
  5. Giurgiutiu V. Structural health monitoring with piezoelectric wafer active sensors. Oxford. UK: Elsevier Academic Press, 2014. P. 1024.
  6. Farlow R., Kelly S.P., Hayward G. Advances in air coupled NDE for rapid scanning applications //1994 Proceedings of IEEE Ultrasonics Symposium. 1994. V. 2. P. 1099—1102.
  7. Grandia W., Fortunko C. NDE applications of air-coupled ultrasonic transducers // IEEE Ultrasonic Symposium, Proceedings. 1995. V. 1. P. 697—709.
  8. Castaings M., Cawley P. The generation, propagation, and detection of Lamb waves in plates using air-coupled ultrasonic transducers // J. Acoust. Soc. Am. 1996. V. 100. No 5. P. 3070—3077.
  9. Safaeinili A., Lobkis O.I., Chimenti D.E. Quantitative materials characterization using air-coupled leaky Lamb waves // Ultrasonics. 1996. V. 34. P. 393—396.
  10. Derusova D.A., Nekhoroshev V.O., Shpil’noy V.Yu., Raut A.V. Application of pulse gas-discharge electroacoustic transducer for nondestructive testing // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2024. V. 60. No. 12. P. 1350—1362.
  11. Derusova D.A., Vavilov V.P., Nekhoroshev V.O., Shpil’noi V.Yu. Characterizing air-coupled gas discharge acoustic transducers by using scanning laser Doppler refracto-vibrometry // Optics and Lasers in Engineering. 2024. V. 175. Article number 108043.
  12. Chimenti D.E. Review of air-coupled ultrasonic materials characterization // Ultrasonics. 2014. V. 54. No. 7. P. 1804—1816.
  13. Castaings M., Hosten B. Air-coupled measurement of plane wave, ultrasonic plate transmission for characterising anisotropic, viscoelastic materials // Ultrasonics. 2000. V. 38. P. 781—786.
  14. Hosten B., Castaings M., Tretout H., Voillaume H. Identification of composite materials elastic moduli from Lamb wave velocities measured with single sided, contactless ultrasonic method // AIP Conf. Proc. 2001. V. 557. P. 1023—1030.
  15. Dahmen S., Ketata H., Ben Ghozlen M.H., Hosten B. Elastic constants measurement of anisotropic Olivier wood plates using air-coupled transducers generated Lamb wave and ultrasonic bulk wave // Ultrasonics. 2010. V. 50. P. 502—507.
  16. Takahashi T., Lematre M., Fortineau J., Lethiecq M. Elastic parameters characterization of multilayered structures by air-coupled ultrasonic transmission and genetic algorithm // Ultrasonics. 2022. V. 119. Article number 106619.
  17. Zhang H., Liang D., Rui X., Wang Z. Noncontact damage topography reconstruction by wavenumber domain analysis based on air-coupled ultrasound and full-field laser vibrometer // Journal of Sensors. 2021. V. 21. Is. 2. P. 609.
  18. Lingyu Yu., Wenfeng X., Hanfei M., Giurgiutiu V. Delamination imaging in composites using cross-correlation method by non-contact air-coupled Lamb waves // Smart Materials and Structures. 2023. V. 32. Article number 105013.
  19. Kažys R., Demčenko A., Žukauskas E., Mazeika L. Air-coupled ultrasonic investigation of multi-layered composite materials // Ultrasonics. 2006. V. 44. Suppl 1. P. e819-22.
  20. Wandowski T., Mindykowski D., Kudela P., Radzienski M. Analysis of Air-Coupled Transducer-Based Elastic Waves Generation in CFRP Plates // Sensors. 2021. V. 21. Article number 7134.
  21. Bartoli I., Marzani A., di Scalea F.L., Viola E. Modeling wave propagation in damped waveguides of arbitrary cross-section // J. Sound Vib. 2006. V. 295. P. 685—707.
  22. Huber A. Non-destructive testing of future rocket boosters using air-coupled ultrasound / Proceeding of the 19th World Conference on Non-Destructive Testing (WCNDT 2016). (Germany, Munich, 13—17 June 2016). 2016. P. 1—9.
  23. Adebahr W., Bernhardt Y., Kreutzbruck M. 3D-robotized air-coupled ultrasound measurements of large components / Proceeding of the 19th World Conference on Non-Destructive Testing (WCNDT 2016). (Germany, Munich, 13—17 June 2016). 2016. P. 1—8.
  24. Bernhardt Y., Kreutzbruck M. Integrated defect sensor for the inspection of fiber-reinforced plastics using air-coupled ultrasound // J. Sens. Sens. Syst. 2020. V. 9. P. 127—132.
  25. Glushkov E.V. Glushkova N.V., Ermolenko O.A. Simulation of air-coupled transducer operation in structural health monitoring systems // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2022. V. 58. No. 8. P. 666—678.
  26. Fedorov F.I. Theory of Elastic Waves in Crystals. Plenum, New York, 1968.
  27. Petrashen G.I. Wave propagation in anisotropic elastic media. Leningrad: Nauka, 1980. 280 p. (In Russian).
  28. Rokhlin S., Chimenti D., Nagy P. Physical Ultrasonics of Composites. New York, NY: Oxford University Press, 2011. 378 p.
  29. Glushkov E.V., Glushkova N.V., Miakisheva O.A. The distribution of air-coupled transducer energy among the traveling waves excited in a submerged elastic waveguide // Acoustical physics. 2019. V. 65. No. 6. P. 623—633.
  30. Glushkov E.V., Glushkova N.V., Miakisheva O.A. Backward waves and energy fluxes excited in acoustic medium with an immersed plate // Ultrasonics. 2019. V. 92. P. 158—168.
  31. Glushkov E.V., Glushkova N.V., Eremin A.A., Miakisheva O.A. Ultrasonic inspection of anisotropic laminate plates immersed in acoustic medium // Materials Physics and Mechanics. 2019. V. 42. P. 491—501.
  32. Ermolenko O.A., Glushkov E.V., Glushkova N.V. Ultrasonic Inspection of Fluid-Loaded Anisotropic Laminate Plates / 2024 Days on Diffraction (DD) (St. Petersburg, 10—14 June 2024). 2024. P. 25—30.
  33. Glushkov E.V., Glushkova N.V., Krivonos A.S. The excitation and propagation of elastic waves in multilayered anisotropic composites // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 2010. No. 74. P. 297—305.
  34. Glushkov E.V., Glushkova N.V., Eremin A.A. Forced wave propagation and energy distribution in anisotropic laminate composites // Journal of the Acoustical Society of America. 2011. V. 129. P. 2923—2934.
  35. Glushkov E.V., Glushkova N.V., Vareldzhan M.V. Comparative analysis of software implementation efficiency of the semi-analytical methods for calculating wave fields in multilayer anisotropic composites. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Mathematical Modelling, Programming & Computer Software (Bulletin SUSU MMCS). 2022. V. 15. №. 2. P. 56—69.
  36. Christensen R.M. Mechanics of Composite Materials. N.Y.: Wiley-Interscience, 1979.
  37. Merkulov, L.G. Attenuation of normal waves in plates in a liquid // Acoustical physics. 1964. V. 10. No. 2. P. 206—212.
  38. Rokhlin S.I., Chimenti D.E., Nayfeh A.H. On the topology of the complex wave spectrum in a fluid-coupled elastic layer // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 85. No. 3. P. 1074—1080.
  39. Shuvalov A.L., Poncelet O., Deschamps M. Analysis of the dispersion spectrum of fluid-loaded anisotropic plates: flexural-type branches and real-valued loops // Journal of Sound and Vibration. 2006. V. 290. P. 1175—1201.
  40. Shuvalov A.L., Poncelet O., Deschamps M. Analysis of the dispersion spectrum of fluid-loaded anisotropic plates: leaky-wave branches // Journal of Sound and Vibration. 2006. V. 296. P. 494—517.
  41. Sessarego J.-P., Sagéloli J., Gazanhes C., Überall H. Two Scholte-Stoneley waves on doubly fluid-loaded plates and shells // J. Acoust. Soc. Am. 1997. V. 101. No. 1. P. 135—142.
  42. Miakisheva O.A., Glushkov E.V., Glushkova N.V. Air-coupled ultrasonic inspection of anisotropic composite plates / 2020 Days on Diffraction (DD) (St. Petersburg, 25—29 May 2020). 2020. P. 79—84.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».