Detección de daños y localización de impactos en estructuras

Detección de daños y localización de impactos en estructuras

Resultado de imagen para vibrómetro de escaneo PSV-400 de Polytec.  En este artículo te presentamos el sistema de escaneo láser ultrasónico desarrollado por un equipo de investigación del                                                    Instituto de Ciencia y Tecnología Avanzada de Corea (KAIST) y su aplicación para la detección de daños y localización de                                                                                                                             impactos usando el vibrómetro de escaneo PSV-400 de Polytec.

 

Este sistema está compuesto por un láser Nd:YAG para excitación ultrasónica, un vibrómetro láser Doppler para detección ultrasónica, y galvanómetros para el escaneo.

Se pueden generar imágenes ultrasónicas del campo de ondas y procesarlas en la superficie del objeto para identificar y localizar defectos tales como delaminaciones en muestras compuestas o grietas en las estructuras metálicas mediante el escaneo del rayo láser de excitación o con el rayo láser de detección (o usando ambos de manera simultánea). Detecta delaminaciones en muestras compuestas o grietas en estructuras metálicas.

El sistema de escaneo también puede ser usado para obtener conjuntos de datos de entrenamiento necesarios para la localización de eventos de impacto dentro de una estructura. Además, cuenta con una amplia gama de aplicaciones ya que es capaz de crear imágenes ultrasónicas del campo de ondas con alta resolución espacial y temporal sin necesidad de colocar transductores en la estructura.

Crea imágenes ultrasónicas del campo de ondas con alta resolución espacial y temporal sin necesidad de colocar transductores en la estructura.

Desarrollo del sistema de escaneo láser ultrasónic

Un campo de ondas ultrasónico puede ser producido apuntando el láser de excitación a un punto fijo en una estructura y escaneando encima de la misma con el láser de detección

 También se puede obtener una imagen de campo de ondas reciprocas fijando el rayo láser de detección en un solo punto y moviendo el láser de excitación sobre el área de escaneo

 Además el sistema de escaneo también puede ser usado junto con un transductor ultrasónico integrado

Detecta de laminaciones sin contacto

Los resultados colectados de estos parámetros fueron sintetizados y evaluados usando un sistema de puntos.

El sistema de escaneo láser ultrasónico fue usado para detectar delaminaciones ocultas en una multicapa de panel compuesto proporcionado por la Compañía Boeing tal como se muestra en la Fig. 3. Cuando se propagan las ondas ultrasónicas encontrando una delaminación interna, estas son reflejadas y aisladas en los alrededores de las delaminaciones como se muestra en la parte izquierda de la Fig. 4. El grupo de investigación de KAIST desarrollo un filtro de onda de posición para acentuar aún más el efecto de delaminación como se muestra en la parte derecha de la Fig. 4.

Uso del láser ultrasónico para la localización de impactos

El sistema de escaneo también fue usado para determinar con precisión la ubicación de un evento de impacto dentro de un segmento del fuselaje de aluminio de un avión proporcionado por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de Dayton, Ohio (Fig. 5). El segmento curvo de la prueba presenta dos costillas horizontales y tres refuerzos, añadiendo complejidades extras a la muestra; 7 transductores PZT son montados en la superficie interna del fuselaje.

 

Determina con precisión la ubicación de un evento de impacto.

Primero, una función de respuesta de impulso (IRF) entre la ubicación del impacto y los transductor PZT es aproximada mediante la excitación del sensor y la medición de la respuesta en el lugar de impacto usando el PSV-400 de Polytec, posteriormente la formación de IRFs de entrenamiento se logran por la repetición en varias localizaciones de impactos potenciales y transductores PZT. Una vez que un evento de impacto reciente ocurre, la respuesta del impacto es grabada y comparada con las IRF de entrenamiento. Finalmente las IRF que brinden la mayor correlación son elegidas del conjunto de datos de entrenamiento y la localización del impacto es identificada. La correlación de mapas en la fig.6 demuestra que el evento de impacto es identificado de manera exitosa a pesar de la complejidad de la muestra.

Conclusión

Se puede detectar el daño de manera automática sin el uso de datos de referencia. El desarrollo del reciente sistema láser de escaneo ultrasónico es ventajoso para el diagnóstico de daños, ya que no se necesita la instalación de transductores en la estructura definida y el daño puede ser detectado automáticamente sin el uso de datos de referencia. Evitando así la dependencia de datos previos, la técnica propuesta puede minimizar falsas alarmas debidas a cambios de temperatura y condiciones de carga.

Se puede detectar el daño de manera automática sin el uso de datos de referencia. Adicionalmente, el sistema de escaneo es usado para simplificar el proceso de entrenamiento usualmente requerido para la localización de impactos. Esta investigación fue financiada por el Programa Nacional del Laboratorio de investigación de la Fundacional Nacional de Investigación de Corea y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de Estados Unidos en Ohio. El autor también quiere agradecer a la Empresa Boeing.

Hoon Sohn, hoonsohn@kaist.ac.kr, KAIST, Ingeniería civil y ambiental, Corea, (2011), Laser Ultrasonic Scanning for Structural Damage Diagnosis. Revista InFocus, Polytec, 02 (8-9),Structural Health Monitoring

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