Assessment of Fatigue Damage of Adhesively Bonded Composite -Metal Joints by Acousto-Ultrasonics and Acoustic Emission

음향초음파와 음향방출에 의한 복합재료-금속 접착접합부의 피로손상 평가

A correlation between fatigue damage and acousto-ultrasonic (AU) parameters has been obtained from signals acquired during fatigue loading of the single-lap joints of a carbon-fiber reinforced plastic (CFRP) laminates and A16061 plate. The correlation showed an analogy to those representing the stiffness reduction $(E/E_0)$ of polymer matrix composites by the accumulation of fatigue damage. This has been attributed to the transmission characteristics of acoustic wave energy through bonded joints with delamination-type defects and their influence on the change of spectral content of AU signals. Another correlation between fatigue cycles and the spectral magnitude of acoustic emission (AE) signals has also been found during the final stage of fatigue loading. Both AU and AE can be applied almost in real-time to monitor the evolution of damage during fatigue loading.

복합재료-금속 접착접합부가 사용 중 반복 하중을 받을 때 발생하는 피로 손상도를 음향초음파(acousto-ultrasonics; AU)법과 음향방출(acoustic emission; AE)법을 이용하여 평가하였다. 피로시험에는 단일겹치기(single-lap) 시험편을 사용하였으며, AU법을 통해 취득한 신호로부터 음향초음파변수(acousto-ultrasonic parameters; AUP)와 피로손상과의 상관관계 곡선을 얻고, AE법에서는 누적 AE events를 통한 피로손상과의 상관관계 곡선을 얻어, AU법과 AE법의 결과를 비교하였다. 이 곡선들은 피로손상에 의한 고분자기지 복합재료의 강성 저하$(E/E_0)$를 나타내는 곡선과 매우 유사하며, 이를 바탕으로 피로 손상도의 예측과 잔여 수명의 예측이 가능하다. 또한 피로 하중의 초기 단계와 피로손상의 누적에 의해 급격한 변화가 나타나는 단계의 파형 주파수 성분을 비교하여, 피로 파괴의 마지막 단계에서 나타나는 신호 중에는 본격적인 피로손상에 의해 발생하는 AE 신호 성분이 포함되어 있음을 확인할 수 있었다.