Due to the degradation of beamforming properties at angles close to $0^{\circ}$ to $180^{\circ}$, linear array does not have a complete $180^{\circ}$ inspection range but a smaller one. This paper develops a improved sensor array with two additional sensors above and below the linear sensor array, and presents time difference and two dimensional multiple signal classification (2D-MUSIC) based impact localization for omni-directional localization on composite structures. Firstly, the arrival times of impact signal observed by two additional sensors are determined using the wavelet transform and compared, and the direction range of impact source can be decided in general, $0^{\circ}$ to $180^{\circ}$ or $180^{\circ}$ to $360^{\circ}$. And then, 2D-MUSIC based spatial spectrum formula using uniform linear array is applied for locate accurate position of impact source. When the arrival time of impact signal observed by two additional sensors is equal, the direction of impact source can be located at $0^{\circ}$ or $180^{\circ}$ by comparing the first and last sensor of linear array. And then the distance is estimated by time difference algorithm. To verify the proposed approach, it is applied to a quasi-isotropic epoxy laminate plate and a stiffened composite panel. The results are in good agreement with the actual impact occurring position.
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.
Faisal Baakeel;Mohamed A. Eltaher;Muhammad Adnan Basha;Ammar Melibari;Alaa A. Abdelrhman
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.4
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pp.347-368
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2023
In the first part of this study, a numerical simulation model was developed using the mechanical APDL software to validate the results of the 3D-elastisity theory on the laminated sandwich plate developed by Panago. The numerical simulation model showed a good agreement to the results of Pagano's theory in terms of deflection, normal stresses, and shear stresses. In the second part of this study, the developed numerical simulation model was used to define different plates dimensions and fibers layup orientations to examine the load response in terms of deflection and stresses. Further analysis was implemented on the natural frequencies of laminated xxx plates of the plates. The layup configurations include Unidirectional (UD), Cross-Ply (CP), Quasi-Isotropic (QI), the linear bio-inspired known as Linear-Helicoidal (LH), and the nonlinear bio-inspired known as Fibonacci-Helicoidal (FH). The following numerical simulation model can be used for the design and study of novel, sophisticated bio-inspired composite structures in a variety of configurations subjected to sinusoidal or constant loads.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.12
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pp.1013-1020
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2017
In this study, the failure prediction of composite laminates under flexural loading is investigated. A FEA(finite element analysis) using 2D strain-based interactive failure theory. A pregressive failure analysis was applied to FEA for stiffness degradation with failure mode each layer. A three-point bending test based on the ASTM D790 are performed for cross-ply $[0/90]_8$ and quasi-isotropic $[0/{\pm}45/90]_{2s}$ laminated composites. The accuracy of the applied failure theory is verified with the experimental results and other failure criteria such as maximum strain, maximum stress and Tsai-Wu theories.
In order to overcome one of the most pronounced shortcomings of conventional laminated composites, such as the low damage tolerance due to delamination, the thermoplastic materials and 3D (three-dimensional) preforms have been utilized in the manufacture of composite materials. From the newly developed process termed as the co-braiding, hybrid yarns of the thermoplastic fibers (PEEK) and reinforcing fibers (carbon) have been fabricated. In order to further enhance the delamination suppression, through thickness fibers have been introduced by way of 3D weaving technique in the fabrication of textile preforms. The preforms have been thermoformed to make composite materials. Complete impregnation of the PEEK into the carbon fiber bundles has been confirmed. For the comparison of mechanical performance of 3D woven composites, quasi-isotropic laminates using APC-2/AS4 tapes have been fabricated. Tensile and compressive properties of both the composites have been determined. Furthermore. the open hole, impact and CAI(Compression After Impact) tests were also carried out to assess the applicability of 3D woven textile reinforced thermoplastic composites in aerospace structures.
Temperature-dependent changes in near-infrared (NIR) spectra have been measured for oleic acid, and nonanoic acid in the pure liquid state. Particular attention has been paid to the 5400-4800 cm$\^$-1/ region where a number of combination bands appear. The NIR spectra of oleic acid show that a band at 5303 cm$\^$-1/ increases with temperature while that at 5270 cm/sup-1/ decreases. It ha been found from their second derivative spectra that these spectral changes take place stepwisely with two break points at 30 and 53$\^{C}$, which correspond to the phase transition temperatures oleic acid reported previously. Principle component analysis (PCA) has been carried out for the NIR spectra of oleic acid in the 5400-4800 cm$\^$-1/ region measured over a temperature range of 15-80$\^{C}$. core plots of the first and second principal components (PCs) show that the NIR spectra are classified into three groups; the spectra measured in the temperature range of 15-30$\^{C}$, those in the range of 31-53$\^{C}$, and those in the range of 54-80$\^{C}$. These temperature ranges correspond to those for quasi-smectic liquid crystal, disordered liquid crystal, and isotropic liquid of oleic acid in the pure liquid state. In other words, PCA provides unambiguous evidence for the phase transitions. similar studies have been carried out for petroselinic acid and nonanoic acid in the pure liquid states, but they do not show any evidence for phase transitions.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.30
no.1
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pp.46-53
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2010
A Compton X-ray backscatter technique has been developed to quantitatively assess impact damage in quasi-isotropic laminated composites made by a drop-weight tester. X-ray backscatter imaging system with a slit-type camera is constructed to obtain a cross-sectional profile of impact-damaged laminated composites from the electron-density variation of the cross section. A nonlinear scattering model based on Boltsman equation is introduced to compute Compton X-ray backscattering field for the defect assessment. An adaptive filter is also used to reduce noises from many sources including quantum noise and irregular distributions of fibers and matrix in composites. Delaminations masked or distorted by the first delamination are detected and characterized effectively by the Compton X-ray backscatter technique, both in width and location, by application of error minimization algorithm.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.4
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pp.239-245
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2006
Experimentally measured Lamb wave group velocities in composite materials with anisotropic characteristics are not accorded with the theoretical group velocities as calculated with the Lamb wave dispersion equation. This discrepancy arises from the fact that the angle between the group velocity direction and the phase velocity direction in anisotropic materials exists. Wave propagation in a composite material with anisotropic characteristics should be considered with respect to magnitude in addition to direction. In this study, $S_0$ mode phase velocity dispersion corves are depicted with the variation of degree with respect to the fiber direction using a Lamb wave dispersion relation in the unidirectional, bidirectional, and quasi-isotropic composite plates. Slowness surface is sketched by the reciprocal value of the phase velocity curves. The magnitude and direction of the group velocity are calculated from the slowness surface. The theoretically determined group velocity, which is calculated from the slowness surface, Is compared with experimentally measured group velocities. The proposed method shows good agreements with theoretical and experimental results.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.20
no.6
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pp.545-554
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2000
Compton X-ray backscatter technique has been used to quantitatively assess the impact damage in quasi-isotropic laminated composites and to obtain a cross-sectional profile of impact-damaged laminated composites from the density variation of the cross section. An adaptive filter is applied to the Compton backscattering data for the reconstruction and noise reduction from many sources including quantum noise, especially when the SNR(signal-to-noise ratio) of the image is relatively low. A nonlinear reconstruction model is also proposed to overcome distortion of the Compton backscatter image due to attenuation effects, beam hardening, and irregular distributions of the fibers and the matrix in composites. Delaminations masked or distorted by the first few delaminations near the front surface are detected and characterized both in width and location, by application of an error minimization algorithm.
Elastic bending of imperfect functionally graded sandwich plates (FGSPs) laying on the Winkler-Pasternak foundation and subjected to sinusoidal loads is analyzed. The analyses have been established using the quasi-3D sinusoidal shear deformation model. In this theory, the number of unknowns is condensed to only five unknowns using integral-undefined terms without requiring any correction shear factor. Moreover, the current constituent material properties of the middle layer is considered homogeneous and isotropic. But those of the top and bottom face sheets of the graded porous sandwich plate (FGSP) are supposed to vary regularly and continuously in the direction of thickness according to the trigonometric volume fraction's model. The corresponding equilibrium equations of FGSPs with simply supported edges are derived via the static version of the Hamilton's principle. The differential equations of the system are resolved via Navier's method for various schemes of FGSPs. The current study examine the impact of the material index, porosity, side-to-thickness ratio, aspect ratio, and the Winkler-Pasternak foundation on the displacements, axial and shear stresses of the sandwich structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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