Analiza propagacji fal prowadzonych w połączeniach klejonych elementów metalowych

Abstract

Tematem niniejszej pracy jest propagacja fal sprężystych w połączeniach klejonych elementów metalowych. Analiza zjawiska została ukierunkowana na diagnostykę techniczną rzeczywistych konstrukcji. W pierwszym rozdziale zawarto zwięzłą charakterystykę połączeń klejonych. Opisano również podstawowe metody diagnostyki nieniszczącej znajdujące współcześnie zastosowanie w inżynierii. W rozdziale drugim zaprezentowano podstawy teoretyczne propagacji fal Lamba w płytach jednorodnych i warstwowych. Trzeci rozdział przedstawia sposoby modelowania połączeń klejonych oraz przebiegu fali za pomocą środowiska Abaqus/Explicit, wykorzystującego metodę elementów skończonych. Rozdziały czwarty i piąty poświęcone zostały analizie złączy wykonanych z prętów oraz płyt stalowych o zróżnicowanej geometrii (bez defektów oraz uszkodzonych). W obydwu przypadkach zastosowano dwa podejścia do problemu. Pierwsze z nich (analiza MES) polegało na stworzeniu modeli numerycznych oraz symulacji przebiegu fali w analizowanych elementach zgodnie z algorytmem opisanym w rozdziale trzecim. W drugim podejściu (badania doświadczalne) wykonano pomiary eksperymentalne na modelach fizycznych w skali rzeczywistej. Wyniki obydwu analiz porównano ze sobą, weryfikując poprawność przygotowania modeli MES oraz przeprowadzenia eksperymentów. W podsumowaniu zawarto najważniejsze wnioski z badań celem określenia możliwości zastosowania fal prowadzonych w diagnostyce połączeń klejonych konstrukcji metalowych.

The aim of the study is the elastic wave propagation in adhesive joints of metal elements. The analysis is directed to technical diagnostics of real structures. The first chapter includes a brief characterization of adhesive joints. General non-destructive testing methods in present engineering are also described. The second chapter presents theoretical basis of Lamb wave propagation in single-layer and multi-layer plates. The third chapter shows the methods of modelling of adhesive joints and guided wave propagation, taking the advantage of Abaqus/Explicit software, using the finite element method. Chapters four and five are dedicated to the analysis of connections consisted of steel rod and plate members of various geometry (intact and damaged joints). There were two approaches applied for both type of elements. The first one (FEM analysis) consisted in preparation of numerical models and simulations of wave propagation in analysed elements according to the algorithm presented in the third chapter. The experimental investigations were executed on the real scale physical models for the second approach. The results of both analyses were compared, verifying the correctness of FEM models and the execution of experiments. Summary includes the most significant conclusions that provide determination of the possibility of the application of guided waves in diagnostics of adhesive joints in metal structures.