Lamb wave-based monitoring of shear failure of an adhesive lap joint

Abstract

The paper presents a study on the elastic wave propagation in adhesive joints of steel plates subjected to tensile loading. A single lap joint was chosen for analysis because of its simplicity and plurality of applications. Experimental investigations consisted of the uniaxial extension of prepared specimens. Force and displacement values were recorded by a testing machine. Simultaneously, guided Lamb waves were excited and signals of their propagation were collected in a number of points by piezoelectric transducers attached to the specimen surface. Further processing of signals allowed to determine some disturbances in gathered data. The continuous wavelet transform revealed discontinuities in force-displacement relations. The Fourier transform showed changes in frequency values of recorded signals. Large disturbances of the root mean square values were also observed. The results of all analyses allowed to conclude that the identification of partial degradation state before the sample destruction was possible. Keywords: adhesive joint, tensile loading, ultrasonic waves, damage assessment, structural health monitoring MONITOROWANIE ZNISZCZENIA ŚCINANEGO POŁĄCZENIA KLEJONEGO ZA POMOCĄ FAL LAMBA Streszczenie Artykuł przedstawia badania propagacji fal sprężystych w połączeniach klejonych płyt stalowych poddanych działaniu obciążenia rozciągającego. Pojedyncze złącze zakładkowe zostało wybrane do analizy ze względu na jego prostotę i mnogość zastosowań. Badania eksperymentalne polegały na jednoosiowym rozciąganiu przygotowanych próbek. Wartości siły i przemieszczenia były zapisywane przez maszynę wytrzymałościową. Jednocześnie, wzbudzano fale prowadzone Lamba, a sygnały ich propagacji rejestrowano w kilku punktach za pomocą czujników piezoelektrycznych przymocowanych do powierzchni próbki. Dalsza obróbka sygnałów pozwoliła na wykrycie pewnych zaburzeń w zebranych danych. Ciągła transformacja falkowa ukazała nieciągłości w zależnościach siła-przemieszczenie. Transformacja Fouriera pokazała zmiany w wartościach częstotliwości zarejestrowanych sygnałów. Zaobserwowano także duże skoki wartości średniej kwadratowej. Wyniki przeprowadzonych analiz pozwoliły na sformułowanie wniosku, iż identyfikacja stanu częściowej degradacji przed zniszczeniem próbek była możliwa.

Structural health monitoring of adhesive joints using Lamb waves: A review

“…The adhesive layer is of around 0.25 mm. [78][79][80] Due to the overall values of sensor placement and specimen size, these can be used as an initial estimate for further work.…”

“…The continuous wavelet transform has been widely applied in the context of SHM for signal denoising 92 and feature extraction 93 . Specifically for adhesive joints, the continuous wavelet transform was used by Rucka et al 80 and Hong et al, 94 just to cite a few.…”

“…All studies have in common the use of large structures with an average size of 100 mm × 100 mm, and a relatively small thickness, between 1 mm and 3 mm. The adhesive layer is of around 0.25 mm 78‐80 . Due to the overall values of sensor placement and specimen size, these can be used as an initial estimate for further work.…”

The use of surface acoustic waves to evaluate of the near-surface layers of metal processed shot peening

“…Methods for studying the state of a material are effective, in which measurements of the velocity of SAW are used [6,7,11,16,19,23]. The velocity of SAW depends on the elastic characteristics of the material and its density and is sensitive to the occurrence of plastic deformation [18], as well as mechanical stresses [2,13,14] in the material.…”