Niniejsza rozprawa doktorska porusza temat modelowania

Niniejsza rozprawa doktorska porusza temat modelowania zjawisk nieliniowych
towarzyszących interakcji fali sprężystej z uszkodzeniem zmęczeniowym. W pracy
zaprezentowane zostały wybrane modele pęknięć zmęczeniowych oraz symulacje
numeryczne metodą elementów skończonych. Szczególny nacisk położono na
pomiar poziomu nieliniowości nie tylko w pojedynczym punkcie pomiarowym,
lecz także na jej rozkład na powierzchni badanej próbki. Wyniki zostały poddane
walidacji eksperymentalnej. Na podstawie przeprowadzonego przeglądu literatury
do analizy wybrano trzy modele szczeliny zmęczeniowej (1)
wyrazy
wyższych
rzędów
w
równaniu
konstytutywnym
materiału
(nieliniowe prawko Hooke'a);
(2)
biliniowy moduł sprężystości materiału; (3) model szczeliny oddychającej
uwzględniający kontakt między ścianami szczeliny. Modele te zostały użyte
w symulacjach dwóch popularnych metod detekcji uszkodzeń za pomocą pomiaru
nieliniowości
tj.
generacji
wyższych
harmonicznych
oraz
modulacji
wibroakustycznej. Szczególny nacisk został położony na lokalny wzrost
nieliniowości w pobliżu uszkodzenia. Rezultaty podjętych prac wskazują model
szczeliny oddychającej jako jedyny spośród badanych modeli, który jest w stanie
odwzorować badane zjawiska w obu wybranych metodach detekcji uszkodzeń.
Badanie eksperymentalne wskazują na możliwość lokalizacji uszkodzenia jedynie
w przypadku modulacji wibroakustycznej.
Title:
Modelling and numerical simulations for fatigue crack detection based on
nonlinear vibro-acoustic effects.
Abstract:
The main objective of the work undertaken and presented in this thesis is to assess
numerically and validate experimentally models of the nonlinear crack-wave
interaction. The major focus is on the so-called crack localisation effect (nonlinear
imaging). This effect is associated with the local growth of nonlinearity in the
vicinity of damage.
Firstly, the critical literature review is followed by the selection of three nonlinear
models, i.e. the breathing crack model, the bi-linear elastic function and higher
terms of the strain-stress function. These models were plugged into two most
widely used damage detection nonlinear methods based on vibration (higher
harmonics generation) and vibro-acoustics (vibro-acoustic modulations).
The focus was on the crack localisation effect in beams. The effects of crack depth,
position and orientation, amplitude of excitation, sensor location and boundary
conditions were investigated. Numerical simulations - based on Finite Elements were validated using a series of experiments.
The results presented show that the breathing crack model is the only investigated
model that is able to exhibit the crack localisation effect when the classical and
nonclassical nonlinear crack detection methods are used. The experimental work
reveals that the crack localisation effect is much stronger in the nonlinear vibroacoustic modulation technique than in the higher harmonic generation method.