On the identification of the elastic properties of composites by ultrasonic guided waves and optimization algorithm

Cui Ranting; di Scalea Francesco Lanza

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On the identification of the elastic properties of composites by ultrasonic guided waves and optimization algorithm

机译：超声波引导波和优化算法识别复合材料的弹性性能

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This paper examines the potential of ultrasonic guided waves to identify the elastic properties of fiber-reinforced composite laminates widely used in light-weight structures. Due to variability in manufacturing processes, complexities involved in the constituent materials, or degradation in service, a non-destructive tool for the characterization of the composite's properties can be extremely useful. A common assumption is the necessity for multiple wave propagation directions to fully characterize the properties. This paper examines the potential for property characterization by a single wave propagation direction. It proposes a property inversion scheme based on matching phase velocity dispersion curves of relevant guided modes by means of a Simulated Annealing optimization algorithm and a Semi-Analytical Finite Element method to solve the forward problem. Proof-of-principle numerical studies are presented to demonstrate the potential of each selected wave mode to provide identification of several properties, including the lamina elastic constants and the laminate effective constants. It is shown that the complex stress and strain profiles generated by the waves, aided by the anisotropy of the composite, create interesting "coupling" effects that ultimately enable accurate identification of several elastic properties away from the wave propagation direction.

机译：本文研究了超声波引导波的电位，以识别在轻质结构中广泛应用的纤维增强复合层压板的弹性性能。由于制造工艺的可变性，涉及组成材料的复杂性，或者在服务中降解，用于复合物性质的表征的非破坏性工具可能是非常有用的。常见假设是多个波传播方向完全表征属性的必要性。本文通过单波传播方向检查属性特征的可能性。本提出了一种基于模拟退火优化算法的相关引导模式的匹配相速度色散曲线的物业反演方案，以及解决前向问题的半分析有限元方法。提出了原则上的数值研究以证明每个选定波模式的潜力，以提供若干性质的识别，包括椎板弹性常数和层压有效常数。结果表明，由波的各向异性产生的波形产生的复合应力和应变谱，产生有趣的“耦合”效果，最终能够精确地识别远离波传播方向的若干弹性特性。

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来源
《Composite Structures》 |2019年第9期|110969.1-110969.15|共15页
作者
Cui Ranting; di Scalea Francesco Lanza;
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作者单位

Univ Calif San Diego NDE Dept Struct Engn 9500 Gilman Dr MC 0085 La Jolla CA 92093 USA;

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收录信息美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Property identification; Inverse problems; Ultrasonic guided waves; Semi-analytical finite element method; Simulated annealing;

机译：物业识别;逆问题;超声波引导波;半分析有限元法;模拟退火;

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