Inspection of impact damages in carbon fibre reinforced plastic plates through the fusion of images from optical lock-in thermography and optical square-pulse shearography techniques

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, Bernardo Cassimiro Fonseca de
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/206445
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019.
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spelling Inspection of impact damages in carbon fibre reinforced plastic plates through the fusion of images from optical lock-in thermography and optical square-pulse shearography techniquesEngenharia mecânicaTermografiaShearografiaPlástico reforçado com fibraTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019.A preservação do meio ambiente tem estado mais em evidência ultimamente devido a alarmantes resultados de estudos sobre os efeitos de emissões de gases na atmosfera. A redução de peso é uma forma de lidar com esse problema e melhorar o desempenho de máquinas que emitem esses gases. Uma alternativa interessante nesse sentido é a substituição de ligas metálicas por materiais compósitos, como os plásticos reforçados por fibras de carbono (PRFCs), devido à sua capacidade de ter um comportamento mecânico similar ao dos metais tendo apenas uma fração de seu peso. Entretanto, materiais compósitos são tipicamente anisotrópicos, o que aumenta substancialmente a complexidade da análise mecânica desses materiais, em especial quando expostos a danos causados por impactos. Isso leva a cenários perigosos, porque esses defeitos são tipicamente difíceis de serem visualizados, muitas vezes sendo invisíveis do lado da peça que sofreu o impacto. Ensaios não destrutivos (EnDs) são métodos de inspeção de integridade de materiais capazes de detectar essas anormalidades. Entretanto, não há um EnD capaz de detectar de maneira confiável todos os tipos de anormalidades sob todas as condições e em todos os tipos de materiais. No caso particular da inspeção de compósitos para detecção de danos de impacto, o ultrassom é a tecnologia mais completa e é a referência em muitos setores como o aeronáutico. Contudo, ela pode apresentar problemas relacionados à rugosidade da superfície do corpo inspecionado, às suas propriedades mecânicas e à exigência do contato com o corpo. Shearografia e termografia são EnDs baratos, sem contato e amplamente utilizadas na inspeção de compósitos, no entanto têm diferentes sensibilidades aos defeitos causados por impactos em PRFCs, podendo levar a erros de interpretação. É interessante, portanto, combinar essas duas técnicas para alcançar resultados confiáveis com menor custo e prover uma alternativa em potencial às indústrias que dependem de ultrassom para seus ensaios. A fusão de dados fornece saídas promissoras para esses problemas através da combinação de dados provenientes de duas ou mais fontes de uma forma sinergética. Neste trabalho, é proposta a combinação entre termografia ativa modulada e shearografia em pulsos quadrados para inspecionar danos de impacto de diferentes magnitudes, desde defeitos quase invisíveis até estágios em que há perfuração das amostras. Múltiplas combinações de técnicas de processamento de imagens foram desenvolvidas e testadas para se avaliar quais as melhores opções para fundir e segmentar danos de impacto em imagens provenientes desses dois métodos de EnD, usando o ultrassom como referência. Os resultados indicam que a fusão proposta entre esses métodos é efetiva para se alcançar resultados próximos aos fornecidos pelo ultrassom, podendo ser considerada, portanto, a fusão de dados proposta uma potencial alternativa de inspeção em substituição à técnica de referência, levando assim a uma flexibilização nos setores que dependem fortemente dela.Abstract: The preservation of the environment has been more in evidence lately, due to alarming study results about the effects of gas emissions in the atmosphere. The weight reduction is a way to enhance the performance of gas-emitting machines. An interesting alternative to reduce weight is the replacement of metallic alloys for composite materials, such as the carbon fibre reinforced plastics (CFRPs), due to their capability of such materials to provide a mechanical behaviour comparable to the one of metals but with a fraction of their weights. However, composite materials are typically anisotropic, which enhances substantially the mechanical analysis complexity of damages such as the ones caused by impacts. This leads to many dangerous scenarios since the defects caused by impacts are difficult to visually detect and many are invisible on the impacted side. Non-destructive testing (NDT) methods are integrity inspections capable of detecting such abnormalities. But there is no NDT method capable of reliably detect all abnormalities under all conditions in all materials. In the case of inspecting composites in order to look for damages caused by impacts, ultrasound is the most complete technology, being the reference for several sectors like aeronautics. However, ultrasound may present drawbacks regarding the surface texture of the inspected part, its mechanical properties and the possible need of physical contact. Shearography and thermography are contactless NDT methods that are widely used for composite inspection and whose inspection may be cheaper than the ultrasound one, but they have different sensitivities regarding the effect of impacts on CFRP parts, which can lead to misinterpretations of their results. Combining such NDT methods to achieve reliable, cheaper results can be consequently interesting. Data fusion tools provide promising outcomes when it comes to combining data from two or more sources in a synergistical way. This work proposes the combined use of active lock-in thermography and square pulse shearography to inspect impact damages stemming from different magnitudes in CFRP plates, from barely visible defects up to perforation stages. Several combinations of different image processing tools were developed and tested to evaluate which is the best option for fusing and segmenting impact damages in images coming from these two NDT techniques, using results from ultrasound as reference. The results indicate that the fusion of the proposed NDT methods is technically feasible and is capable of achieving inspection results close to those obtained by ultrasound. Therefore, the proposal represents a viable alternative for industries that relies on ultrasound as the main NDT technique.Gonçalves Júnior, Armando AlbertazziBaldo, Crhistian RaffaeloUniversidade Federal de Santa CatarinaOliveira, Bernardo Cassimiro Fonseca de2020-03-31T15:39:38Z2020-03-31T15:39:38Z2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis248 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf367916https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/206445engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-03-31T15:39:39Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/206445Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-03-31T15:39:39Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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