Modelamiento micro-mecánico de la propagación de ondas en materiales compuestos con refuerzos esféricos

  • Cristhian Fernando Rojas-Cristancho Université de Lorraine
  • Florence Dinzart Université de Lorraine
  • Octavio Andrés González-Estrada Universidad Industrial de Santander http://orcid.org/0000-0002-2778-3389

Resumen

L

La inspección de componentes mecánicos por ultrasonido láser es uno de los controles no destructivos (CND) más utilizados en la industria, ya que permite inspeccionar rápidamente piezas de gran tamaño y de formas complejas por medio de la propagación de ondas guiadas. Ha sido demostrado que, para obtener la mejor calidad posible de la señal acústica, es necesario integrar una fina capa de material compuesto entre la placa y la fuente láser. Dicha capa de material compuesto permitiría la amplificación de la señal acústica; esta capa está formada por refuerzos de carbono que dan una característica de absorción térmica y de una matriz elastómera que otorga una característica de expansión volumétrica. Por tanto, la fabricación óptima de dicho compuesto permitiría la amplificación de la señal de inspección. De hecho, experimentalmente ha sido demostrado que la variación de la fracción volumétrica del refuerzo, de su forma (esférica o elipsoidal) y del tipo de matriz (silicona o resina), afecta directamente la amplificación de la señal. El objetivo de este trabajo es realizar un estudio micromecánico de tipo autocoherente de la propagación de ondas elásticas en un medio heterogéneo compuesto por una matriz viscoelástica y refuerzos esféricos elásticos.

Palabras clave: micromecánica, auto-coherente dinámico, viscoelasticidad, compuestos particulados, propagación de ondas

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Biografía del autor/a

Octavio Andrés González-Estrada, Universidad Industrial de Santander

Ingeniero Mecánico , MSc, PhD

Profesor planta, Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad Industrial de Santander

Citas

H. G. Sánchez Acevedo, J. Uscátegui, and S. Gómez, “Metodología para la detección de fallas en una estructura entramada metálica empleando las técnicas de análisis modal y PSO,” Rev. UIS Ing., vol. 16, no. 2, pp. 43–50, 2017.

A. Ayestarán, C. Graciano, and O. A. González-Estrada, “Resistencia de vigas esbeltas de acero inoxidable bajo cargas concentradas mediante análisis por elementos finitos,” Rev. UIS Ing., vol. 16, no. 2, pp. 61–70, Sep. 2017. doi:https://doi.org/10.18273/revuin.v16n2-2017006.

J. E. Quiroga Mendez, O. A. González-Estrada, and Y. R. Ordoñez, “Stress Sensitivity of the T(0,1) Mode Velocity or Cylindrical Waveguides,” Key Eng. Mater., vol. 774, pp. 453–460, 2018. doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.774.453.

A. Sarrafzadeh, R. J. Churchill, and M. G. Niimura, “Laser Generated Ultrasound,” in Acousto-Ultrasonics, J. C. Duke, Ed. Boston, MA: Springer US, 1988, pp. 201–207.

Y. Hou, J.-S. Kim, S. Ashkenazi, M. O’Donnell, and L. J. Guo, “Optical generation of high frequency ultrasound using two-dimensional gold nanostructure,” Appl. Phys. Lett., vol. 89, no. 9, p. 093901, Aug. 2006. doi:10.1063/1.2344929.

H. W. Baac et al., “Carbon-nanotube optoacoustic lens for focused ultrasound generation and high-precision targeted therapy,” Sci. Rep., vol. 2, no. 1, p. 989, Dec. 2012. doi:10.1038/srep00989.

E. Biagi, F. Margheri, and D. Menichelli, “Efficient laser-ultrasound generation by using heavily absorbing films as targets,” IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, vol. 48, no. 6, pp. 1669–1680, 2001. doi:10.1109/58.971720.

B.-Y. Hsieh, J. Kim, J. Zhu, S. Li, X. Zhang, and X. Jiang, “A laser ultrasound transducer using carbon nanofibers–polydimethylsiloxane composite thin film,” Appl. Phys. Lett., vol. 106, no. 2, p. 021902, Jan. 2015. doi:10.1063/1.4905659.

Y. Tian, N. Wu, K. Sun, X. Zou, and X. Wang, “Numerical simulation of fiber-optic photoacoustic generator using nanocomposite material,” J. Comput. Acoust., vol. 21, no. 02, p. 1350002, Jun. 2013. doi:10.1142/S0218396X13500021.

W. Huang, W.-Y. Chang, J. Kim, S. Li, S. Huang, and X. Jiang, “A novel laser ultrasound transducer using candle soot carbon nanoparticles,” IEEE Trans. Nanotechnol., vol. 15, no. 3, pp. 395–401, May 2016. doi:10.1109/TNANO.2016.2536739.

W.-Y. Chang, W. Huang, J. Kim, S. Li, and X. Jiang, “Candle soot nanoparticles-polydimethylsiloxane composites for laser ultrasound transducers,” Appl. Phys. Lett., vol. 107, no. 16, p. 161903, Oct. 2015. doi:10.1063/1.4934587.

J. D. Achenbach, Wave propagation in elastic solids, 1st ed. New York: American Elsevier Publishing Company, 1973.

R. Hill, “Continuum micro-mechanics of elastoplastic polycrystals,” J. Mech. Phys. Solids, vol. 13, no. 2, pp. 89–101, Apr. 1965. doi:10.1016/0022-5096(65)90023-2.

F. J. Sabina and J. R. Willis, “A simple self-consistent analysis of wave propagation in particulate composites,” Wave Motion, vol. 10, no. 2, pp. 127–142, Apr. 1988. doi:10.1016/0165-2125(88)90038-8.

V. K. Kinra, M. S. Petraitis, and S. K. Datta, “Ultrasonic wave propagation in a random particulate composite,” Int. J. Solids Struct., vol. 16, no. 4, pp. 301–312, 1980. doi:10.1016/0020-7683(80)90083-9.

S. Biwa, S. Idekoba, and N. Ohno, “Wave attenuation in particulate polymer composites: independent scattering/absorption analysis and comparison to measurements,” Mech. Mater., vol. 34, no. 10, pp. 671–682, Oct. 2002. doi:10.1016/S0167-6636(02)00167-9.

R. Hill, “A self-consistent mechanics of composite materials,” J. Mech. Phys. Solids, vol. 13, no. 4, pp. 213–222, Aug. 1965. doi:10.1016/0022-5096(65)90010-4.

J. R. Willis, “Polarization approach to the scattering of elastic waves—I. Scattering by a single inclusion,” J. Mech. Phys. Solids, vol. 28, no. 5–6, pp. 287–305, Dec. 1980. doi:10.1016/0022-5096(80)90021-6.

G. Caviglia and A. Morro, “On the modelling of dissipative solids,” Meccanica, vol. 25, no. 2, pp. 124–127, Jun. 1990, doi:10.1007/BF01566213.

A. Cafarelli, A. Verbeni, A. Poliziani, P. Dario, A. Menciassi, and L. Ricotti, “Tuning acoustic and mechanical properties of materials for ultrasound phantoms and smart substrates for cell cultures,” Acta Biomater., vol. 49, pp. 368–378, Feb. 2017, doi:10.1016/j.actbio.2016.11.049.

V. K. Kinra, E. Ker, and S. K. Datta, “Influence of particle resonance on wave propagation in a random particulate composite,” Mech. Res. Commun., vol. 9, no. 2, pp. 109–114, Mar. 1982, doi:10.1016/0093-6413(82)90008-8.

J. R. Willis, “The nonlocal influence of density variations in a composite,” Int. J. Solids Struct., vol. 21, no. 7, pp. 805–817, 1985, doi:10.1016/0020-7683(85)90084-8.
Publicado
2019-01-23

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