La Termografia e la Shearografia sono annoverate tra le tecniche ottiche e termografiche che nel corso degli anni sono state impiegate per le valutazioni non distruttive (CND) dei materiali aeronautici. Fondamentalmente, l’attività di ricerca e sviluppo effettuata presso i laboratori dell’Aeronautica Militare è stata finalizzata sia al consolidamento che all’ottimizzazione dei metodi innovativi, per redigere nuove procedure impiegabili nell’espletamento dell’attività manutentiva. L’argomento presentato mira ad introdurre una rassegna delle applicazioni più importanti della shearografia e della Termografia attiva eseguite presso il Reparto Chimico del Centro Sperimentale di Volo. In merito a ciò, sia la termografia che la shearografia sono due tecniche non a contatto che consentono la rapida effettuazione di test CND da campo su larghe parti dell’aeromobile, per l’individuazione di difettologie di servizio sia in materiali metallici che compositi. Le due tecniche si basano su principi diversi in relazione al meccanismo con il quale permettono di verificare la presenza di aree danneggiate. In particolare, il metodo termografico, nelle sue varianti, viene utilizzato per osservare la distribuzione termica superficiale, ottenuta a seguito dell’imposizione di una stimolazione esterna preliminare, che al livello locale tende ad assumere un profilo anomalo causato dalla presenza di un difetto. Al contrario, la tecnica shearografica consente di osservare le deformazioni fuori dal piano correlate alla presenza di difettologie, localizzate sotto-pelle, rilevabili mediante l’applicazione di forzanti esterne modulabili e sincronizzabili con il sistema di acquisizione. L’obiettivo che questa breve dissertazione si prefigge è quello di illustrare i vantaggi e le limitazioni di entrambe le tecniche per la valutazione non distruttiva dei materiali aeronautici in comparazione con le metodologie CND attualmente previste dai protocolli manutentivi sia di Forza Armata che dei principali Prime Contractors nazionali operanti nel settore.
Valutazione non distruttiva di danni da servizio in strutture aeronautiche in composito mediante termografia e shearografia
1. 09/05/2017
“VALUTAZIONE NON DISTRUTTIVA DI DANNI DA
SERVIZIO IN STRUTTURE AERONAUTICHE IN
COMPOSITO MEDIANTE TERMOGRAFIA E
SHEAROGRAFIA”
Magg. Giovanni De Angelis
Ten. Col. Laura manduchi
Col. Manuele Bernabei
Compositi 4.0 – La nuova Generazione
Relatore:
Magg. G.A.r.n. Giovanni De Angelis
2. Contenuti
09/05/2017
• Introduzione:
✓ Motivazione & Obiettivi
✓ Approccio
• Indagini Non Distruttive :
✓ Difettologia
✓ Metodi CND di indagine
▪ Termografia infrarossa (TT);
▪ Shearografia digitale (ST)
• Applicazioni
✓ Background Sperimentale
✓ Casi studio
• Conclusioni & Lavori Futuri
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3. Introduzione
Obiettivi
• Background Sperimentale
▪ Standardizzazione preliminare
• Indagini CND su parti strutturali
▪ Individuazione danni di servizio
▪ Verifica dell’applicabilità dei
metodi TT e ST in campo
Approccio
09/05/2017
• Impiego metodi non a contatto
▪ Metodo Shearografico (ST)
▪ Metodo Termografico (TT)
• Esami in laboratorio
• Esami su parti non efficienti
• Impiego dei sistemi in campo
• Impiego metodi tradizionali
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5. Indagini Non Distruttive
Difettologia - Danni da impatto
09/05/2017
Pine – Tree - Shape
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Riduzione della rigidezza della struttura
Dissipazione dell’energia durante l’impatto
Aumentano all’aumentare degli sforzi di taglio interlaminare
6. Integrità Honeycomb
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• Distacco core-skin;
• Distacco skin-skin;
• Infiltrazione acqua;
• Crashed/failed core;
• Corrosione.
Indagini Non Distruttive
Danni da impatto
Settore Aeronautico
Strutture Al/Composito
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7. Indagini Non distruttive
Metodo termografico
09/05/2017
Termografia a stimolazione ottica (TT)
Termografia a stimolazione ultrasonora (BPT)
- Thermosonics -
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8. Indagini non Distruttive
Metodo Shearografico
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Thermal Loading Dynamic LoadingVacuum Loading
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9. Background sperimentale
Termografia ottica - Shearografia
09/05/2017 Compositi 4.0 – La nuova Generazione
0.1 Hz ⇒ 1.5 < z < 2 mm 0.04 Hz ⇒ 2.75 < z < 3.75 mm
d1 d4
Termografia transiente e Lock-inShearografia (ST) thermal – dynamic loading
12. Background sperimentale
Provini da laboratorio - Valutazione danni da impatto
09/05/2017
Estensione danno da impatto
314 <A (mm²)< 1100 mm²
Footprint del danno
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TT: Termografia a
stimolazione ottica
BPT: Thermosonics
US: metodo ad
ultrasuoni
14. Background sperimentale
Considerazioni
09/05/2017
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➢ Standardizzazione preliminare in laboratorio
▪ Termografia a stimolazione ottica (TT)
▪ Thermosonics
▪ Shearografia
➢ Passaggio dalla scala di laboratorio a quella da campo.
➢ indagini su parti strutturali non efficienti degli aeromobili.
Difetto artificiale
Difetto reale
16. Applicazioni (1)
Termografia – shearografia procedura standard
Acquisizione
background
termico
Cattura
immagini
termiche
Inizio
Eccitazione
Risposta
strutturale
Fine
stimolazione
processamento
Correzione
Stimolazione N
Y OUT
Analisi risposta
strutturale ST
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17. Applicazioni (1)
Identificazione danni da impatto
Pannello in composito
rinforzato Indagine CND
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200 mm
f= 6.10 KHz d= 26.5 mm z= 0.5 mm
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18. Applicazioni (2)
Tecnologia dei materiali Inconveniente di volo
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Materiali CompositiRiduzione del peso Superfici Vulnerabili
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19. Applicazioni (2)
Procedura metodo UT
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A
B
S
T
I
F
F
N
E
R
C
D
Fairing Assembly Composite panel
Regions of Interest (ROI) Investigated
(A): (1.7 – 2.1) mm of thickness.
(B): (3.6 – 4.0) mm of thickness.
(C) and (D): (2.6 – 4.9) mm of thickness.
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20. 09/05/2017
(a) back Wall echo in corrispondenza dello skin esterno;
(b) Back Wall echo in corrispondenza dello stiffener;
(c) & (d) Valutazione dell’estensione dell’area danneggiata per le
regioni frontale e posteriore del particolare.
W=30 mm
L=100 mm
W
L
Applicazioni (2)
Procedura metodo UT
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21. Applicazioni (2)
Metodo termografico
Termografia a stimolazione
ottica
Termografia a stimolazione US
- Thermosonics -
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Transiente/Lock-in
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Crack
Disbond
23. Applicazioni (3)
Velivolo AMX – Indagini CND su parti non efficienti
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Localizzazione dei componenti non efficienti pervenuti
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Stabilizzatore in composito
26. Applicazioni (3)
Indagine UT – Stabilizzatore orizzontale
09/05/2017
Definizione contorni aree danneggiate
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• Impiego di una singola sonda dritta (20 MHz)
• Impiego di un apposito blocco di riferimento per
le calibrazioni preliminari
S2 S3
In dotazione ai Reparti di
Manutenzione A.M.
27. Conclusioni
09/05/2017
Evidenze sperimentali Termografia e shearografia
•Rapida esecuzione delle prove;
•Metodologie non invasive e panoramiche;
•Valutazione qualitativa/quantitative delle difettologie tipiche di una struttura
in composito;
•Caratterizzazione particolari F/U per il training del personale e comparazione
con metodi classici.
Lavori Futuri e/o in corso
• Prove su parti in honeycomb in campo mediante ST (thermal e Vacuum
loading);
• Prove in campo su strutture in composito laminati ed a nido d’ape (TT);
• Preparazione procedure operative.
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28. Grazie per la vostra attenzione
09/05/2017
Per altre informazioni si riportano i punti di contatto:
Magg. Giovanni DE ANGELIS giovanni.deangelis@aeronautica.difesa.it
T. Col. Laura MANDUCHI laura.manduchi@aeronautica.difesa.it
Col. Manuele BERNABEI manuele.bernabei@aeronautica.difesa.it
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