Low-velocity impact damage identification of aircraft laminated structures based on wavelet analysis of modal shapes

Damage assessment and periodic inspections of composite structures maintained in the aircraft industry have become increasingly more important over the last decades. Considering modern demands for structural integrity and safety in this industry, it is necessary to develop appropriate methods which allow for non-destructive and effective damage detection and localization in possibly the early stage of its development. One of the most common types of damage occurring in aircraft structures is low-velocity impact damage, which often occurs on the ground during maintenance procedures (e.g. dropped tool) and may propagate in a structure during workload. The method applied for damage identification is a currently developed approach based on vibration velocity measurements in resonances in a predefined net of measurement points. Based on the acquired modal shapes and their post-processing with use of a 2D dual tree wavelet transform, the detection of damage as well as its localization is possible. Tests using the mentioned methods were performed on composite laminated aircraft structures with multiple impact damage of various intensities. The obtained results show that the proposed method is an effective tool in non-destructive testing of aircraft structures and can be used as an alternative to currently applied methods with the possibility of inspection on-the-field.

---

Analiza uszkodzeń i okresowe inspekcje struktur kompozytowych eksploatowanych w przemyśle lotniczym stają się coraz bardziej istotne w ciągu ostatnich dekad. Biorąc pod uwagę współczesne wymagania stawiane integralności struktury i bezpieczeństwu w tym przemyśle, konieczne jest opracowanie odpowiednich metod, które pozwolą na nieniszczące i efektywne wykrywanie oraz lokalizację uszkodzeń w możliwie wczesnym stadium ich rozwoju. Jednymi z najczęstszych uszkodzeń powstających w strukturach lotniczych są niskoenergetyczne uszkodzenia udarowe, które często występują podczas naziemnych procedur eksploatacyjnych (np. upadek narzędzia) i mogą propagować w strukturze podczas występowania obciążeń roboczych. Metoda zastosowana do identyfikacji uszkodzeń jest obecnie rozwijanym podejściem opartym na pomiarze prędkości drgań przy rezonansach na predefiniowanej sieci punktów pomiarowych. Na podstawie uzyskanych postaci własnych i ich dalszej analizie z wykorzystaniem dwuwymiarowej transformacji falkowej z dualnym drzewem dekompozycyjnym możliwa jest zarówno detekcja, jaki i lokalizacja uszkodzeń. Badania z wykorzystaniem wymienionej metody przeprowadzono na kompozytowych strukturach lotniczych z wielokrotnymi uszkodzeniami udarowymi o różnej intensywności. Uzyskane wyniki wskazują, że zaproponowana metoda jest efektywnym narzędziem w badaniach nieniszczących struktur lotniczych i rozważaną alternatywą do stosowanych obecnie metod z możliwością przeprowadzenia badań w warunkach polowych.