Comparative Studies of GFRP Composites Using Pulsed Thermography and Transmission Terahertz Non-Destructive Testing Methods

eng Artykuł w języku angielskim DOI: 10.14313/PAR_249/33

wyślij Waldemar Świderski , Martyna Strąg Military Institute of Armament Technology, Prymasa Stefana Wyszyńskiego 7, 05-220 Zielonka

Pobierz Artykuł

Abstract

Composites are materials that have replaced traditional construction materials in numerous applications in various fields. Due to the possibility of creating the required material properties, fiber-reinforced composites are most often used. Despite competition from carbon and aramid fibers, the earliest glass fibers produced are used in many applications. One of the areas where glass fiber reinforced composites (GFRP) make a significant contribution to structural applications is aviation. Because both during production and operation, composites are exposed to damage, which often occurs in the internal structure of the composite, works are being carried out to develop the most effective method of non-destructive testing to detect such damage. The article presents a comparison of the results of non-destructive testing of glass fiber-reinforced composite samples. A comparison of the results of the possibility of detecting defects in the form of milled holes of different diameters and depths inside the samples was made. These damages are not optically visible on both surfaces of the samples. In non-destructive testing, infrared thermography and transmission terahertz methods were used. The obtained results indicate a great possibility of using terahertz radiation, especially in thicker structures of the GFRP composite, where thermographic methods are not as effective as in thin ones.

Keywords

composite, glass fiber, non-destructive testing, terahertz radiation, thermography

Badania porównawcze kompozytów GFRP z wykorzystaniem metod badań nieniszczących – impulsowej termografii i transmisji terahercowej

Streszczenie

Kompozyty to materiały, które zastąpiły tradycyjne materiały konstrukcyjne w licznych zastosowaniach w różnych dziedzinach. Ze względu na możliwość tworzenia wymaganych właściwości materiału, najczęściej stosuje się kompozyty wzmacniane włóknami. Pomimo konkurencji ze strony włókien węglowych i aramidowych, najwcześniej wyprodukowane włókna szklane są wykorzystywane w wielu zastosowaniach. Jednym z obszarów, w którym kompozyty wzmocnione włóknem szklanym (GFRP) wnoszą znaczący wkład w zastosowania konstrukcyjne, jest lotnictwo. Ponieważ zarówno w trakcie produkcji, jak i eksploatacji kompozyty narażone są na uszkodzenia, które często występują w strukturze wewnętrznej kompozytu, prowadzone są prace nad opracowaniem najskuteczniejszej metody badań nieniszczących pozwalających wykryć takie uszkodzenia. W artykule przedstawiono porównanie wyników badań nieniszczących próbek kompozytów wzmocnionych włóknem szklanym. Dokonano porównania wyników możliwości wykrywania defektów w postaci wyfrezowanych otworów o różnej średnicy i głębokości wewnątrz próbek. Uszkodzenia te nie są widoczne optycznie na obu powierzchniach próbek. W badaniach nieniszczących wykorzystano termografię w podczerwieni i transmisyjną metodę terahercową. Uzyskane wyniki wskazują na duże możliwości wykorzystania promieniowania terahercowego, zwłaszcza w grubszych strukturach kompozytu GFRP, gdzie metody termograficzne nie są tak skuteczne jak w strukturach cienkich.

Słowa kluczowe

badania nieniszczące, kompozyt, promieniowanie terahercowe, termografia, włókno szklane

Bibliografia

  1. Golizadeh S., A review of impact behaviour in composite materials, “International Journal of Mechanical and Production Engineering”, Vol. 7, Issue 3, 2019, 2320–2092, DOI: 10.22541/au.164269374.45990760/v1.
  2. Eamon C.D., Wu H.-C., Makkawy A.A., Siavashi S., Design and Construction Guidelines for Strengthening Bridges using Fiber Reinforced Polymers (FRP), MDOT Reference Number: OR10-039 Final Report September 30, 2014.
  3. Vasiliev V.V., Morozov E.V., Mechanics and analysis of composite materials, 2001 Elsevier Science Ltd.
  4. Sarasini F., Tirillò J., D’Altilia S., Valente T., Santulli C., Touchard F., Chocinski-Arnault L., Mellier D., Lampani L., Gaudenzi P., Damage tolerance of carbon/flax hybrid composites subjected to low velocity impact. “Composites Part B: Engineering”, Vol. 91, 2016, 144–153, DOI: 10.1016/j.compositesb.2016.01.050.
  5. Koo J.-M., Choi J.-H., Seok C.-S., Prediction of residual strength after impact of CFRP composite structures. “International Journal of Precision Engineering and Manufacturing”, Vol. 15, 2014, 1323–1329, DOI: 10.1007/s12541-014-0472-0.
  6. Li B., Hoo Fatt M.S., Impact damage and residual strength predictions of 2D woven SiC/SiC composites. “Finite Elements in Analysis and Design”, Vol. 113, 2016. 30–42, DOI: 10.1016/j.finel.2016.01.001.
  7. Vavilov V.P., Burleigh D.D., Review of pulsed thermal NDT: physical principles, theory and data processing. “NDT & E International”, Vol. 73, 2015, 28–52, DOI: 10.1016/j.ndteint.2015.03.003.
  8. Maldague X., Galmiche F., Ziadi A., Advances in pulsed phase thermography. “Infrared Physics & Technology”, Vol. 43, No. 3-5, 2002, 175–81, DOI: 10.1016/S1350-4495(02)00138-X.
  9. Świderski W., Dragan K., Multimode NDE approach for structure health assessment of composite elements in aerospace applications, “Acta Physica Polonica A”, Vol. 117, No. 5, 2010, 877–882.
  10. Świderski W., Bin Umar M.Z., Ahmad I., Vavilov V., Developing methodology of pulsed thermal NDT of materials: Step-by-step analysis of reference samples, “The e-Journal&Database of Nondestructive Testing”, May 2008, 1–13.
  11. Vavilov V.P., Burleigh D.D., Pulsed thermal NDT in tables, figures and formulas, Proc. of SPIE, Vol. 9485 94850Q-1, DOI: 10.1117/12.2181039.
  12. Świderski W., Applications of IR Thermography Methods for Nondestructive Evaluation of Honeycomb Type Composite Materials in Aircraft Industry, Proceedings of the Fourth European Workshop Structural Health Monitoring 2008, 1297–1304.
  13. Strąg M., Świderski W., Non-destructive inspection of military-designated composite materials with the use of Terahertz imaging, “Composite Structures”, Vol. 306, 2023, DOI: 10.1016/j.compstruct.2022.116588.