Elastic waves and damage quantification in brittle material with evolving damage

Abstract

This paper presents an analysis of the elastic wave propagation in brittle materials containing a distribution of microcracks. The crack-size distribution is assumed to be isotropic and exponential. The evolution of the mean crack size is described by a rate-dependent damage model based on the mechanics of microcracks. The analysis shows that the elastic wave speeds of a brittle material are sensitive to the change in the mean size of the distributed cracks in the material. The dependence of the wave speeds on the applied strain can also be used to validate the damage model. An example of a brittle ceramic under uniaxial-strain tension is presented to show quantitatively the changes in the longitudinal and shear wave speeds as functions of the applied strain. Explicit relations between the wave speeds and the mean crack size in the material are given.

Characterization of Ultrasound Energy Diffusion Due to Small-Size Damage on an Aluminum Plate Using Piezoceramic Transducers

“…For damage detection in an SHM system, a PZT (lead zirconate titanate) transducer is usually utilized as an actuator to generate ultrasonic waves along a structure, and other PZT transducers are used as sensors to detect the changes in both environmental and operational conditions [ 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ] and structural damages [ 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 ]. The damage-induced changes in properties such as electromechanical impedance [ 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 ], ultrasonic energy [ 29 , 30 , 31 , 32 , 33 , 34 ], nonlinear characteristics of Lamb waves [ 35 , 36 , 37 , 38 ], and other ultrasonic parameters [ 39 , 40 ], are further employed to estimate the health state of the structure [ 41 , 42 , 43 , 44 , 45 , 46 ] or locate the damage [ 47 , 48 , 49 , 50 , 51 ]. However, previous studies of damage detection mainly focus on how to make use of these structural changes to estimate or locate the damage, but do not consider the ultrasonic changes which are brought about by structural damage.…”

Super-elastic ferroelectric single-crystal membrane with continuous electric dipole rotation

“…Flexible FE thin films and membranes are needed for advanced flexible FE electronics, which will fulfill the growing demands for applications (7)(8)(9). In recent years, novel peeling and transferring technologies developed for oxide thin films have provided a step forward toward fabricating high-quality epitaxial membranes (10)(11)(12)(13)(14)(15). However, little has been done in investigating the presence, origin, and limit of elasticity and flexibility in FE thin films and membranes.…”

Лагранжев Формализм Для Анализа Акустических Свойств Двухфазных Композитных Материалов С Дефектными Межфазными Границами

“…Связанной с ней задачей является неразрушающая диагностика фазового состава и повреж денности образцов и элементов структур различного назначения из композитных материалов, что крайне важно в контексте создания цифровых двойников конечных изделий. Для решения этих проблем развиваются различные неразрушающие методы, в том числе основанные на анализе скоростей и дисперсии упругих волн [1][2][3][4][5][6]. Развитие таких методов базируется на построении математического формализма, позволяющего связывать интегральные упругие характеристики композитного материала, MECHANICS OF COMPOSITE MATERIALS.-2022.-Vol.…”

“…В последние два десятилетия предложен целый ряд других моделей гомогенизации структуры, дающих однозначные оценки эффективных (макроскопических) механических свойств [25][26][27][28][29][30][31][32]. В ряде работ развиты модели, учитывающие влияние геометрии фаз на макроскопические упругие модули [1,3,[33][34][35]. Эти оценки зависят от корреляционных функций, однако полный набор пространственных корреляционных функций, необходимых для вычисления эффективных свойств, как правило, не определен.…”