Capacidade de monitoramento de tensão de Fe magnetostritivo

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 22421 (2022) Citar este artigo

589 acessos

1 Altmétrica

Detalhes das métricas

Muitas técnicas de monitoramento de integridade estrutural (SHM) foram investigadas para detecção de danos em laminados de polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP). Recentemente, os compósitos GFRP integrados com sensores têm recebido atenção porque o material compósito pode transmitir informações sobre a condição estrutural durante a operação. Materiais magnetostritivos são considerados candidatos viáveis ​​para realizar as técnicas SHM sem contato explorando o efeito Villari, mas a modelagem teórica para correlacionar uma resposta magnetostritiva com condições estruturais é uma questão crítica. Neste estudo, o procedimento analítico considerando a mecânica dos materiais e o eletromagnetismo foi proposto para modelar a indução magnética pelo efeito Villari de laminados de PRFV magnetostrictivos sob flexão. Os compósitos de fibra de Fe-Co/GFRP magnetostrictivos foram então desenvolvidos, e os testes de flexão de quatro pontos foram realizados para avaliar a capacidade de monitoramento de tensão dos compósitos fabricados. O comportamento da densidade do fluxo magnético correspondeu à flutuação da tensão de flexão. A variação máxima da densidade do fluxo magnético foi de 70,7 mT submetida ao pico de tensão de flexão de 158 MPa. As soluções analíticas apresentaram concordância razoável com os resultados experimentais. A tensão aplicada e a densidade de fluxo magnético medida foram correlacionadas pelos modelos teóricos. Assim, esses resultados sugerem um passo importante na realização da nova técnica SHM sem contato utilizando materiais magnetostritivos.

Os laminados de polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP) apresentam as características de isolamento térmico, isolamento elétrico e excelentes propriedades mecânicas, e são bons materiais para dispositivos supercondutores para uso no reator de fusão, como o International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)1. No entanto, a aplicação de laminados FRP tende a ser limitada devido aos seus danos complexos e morfologias de falha, por exemplo, falha interlaminar2,3. Portanto, foi necessário avaliar o estado do dano e prever a vida útil restante para uma operação segura4.

O monitoramento de integridade estrutural (SHM) é necessário para manter os protocolos de segurança para esses componentes estruturais durante o serviço5. Muitos pesquisadores estudaram várias técnicas de SHM, por exemplo, o método de frequência6, ondas de Lamb7 e emissão acústica8. No entanto, ainda não foi criada uma técnica versátil para todas as condições, situações e aplicações, pois cada técnica desenvolvida tem suas próprias vantagens, limitações e escopo de aplicação9. Atualmente, os compósitos embutidos com sensores têm sido amplamente reconhecidos como uma das tecnologias SHM, uma vez que o material compósito pode informar a integridade estrutural por si só. Sensores de fibra óptica em estruturas compostas têm recebido atenção devido às suas vantagens distintas10. Sánchez et al.11 monitoraram todo o processo de fabricação de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) embutido com sensores de fibra óptica e avaliaram o perfil de deformação residual distribuído. A viabilidade do GFRP com refletômetro de retroespalhamento óptico baseado na dispersão de Rayleigh foi explorada12. Okabe et al.13 demonstraram que a capacidade de detecção da grade de Bragg de fibra chirped para identificar locais de rachaduras em laminados CFRP. A medição da resistência elétrica tem sido investigada uma vez que o dano e a resistência elétrica em compósitos de CFRP podem ser acoplados14. O dano por impacto em laminados contínuos de fibra de carbono/compósito epóxi foi avaliado por medição de resistência elétrica, e a sensibilidade da técnica foi mais eficaz do que a dos métodos ultrassônicos15. A correlação entre o comportamento de cisalhamento interlaminar e as respostas de resistência elétrica de laminados compósitos de CFRP tecidos em um ambiente criogênico tem sido discutida numericamente e experimentalmente16,17. Takeda e Narita18 relataram o monitoramento da propagação de trincas de juntas compostas de CFRP coladas com nanotubo de carbono/camada adesiva de epóxi sob carregamento do Modo I. Os materiais piezoelétricos podem ser utilizados como sensores passivos e ativos ligados a uma estrutura composta19. Compósitos CFRP embutidos com cerâmica piezoelétrica foram caracterizados para discutir a capacidade SHM em tempo real20,21. Hwang et al.22 caracterizaram um laminado compósito GFRP piezoelétrico incluindo uma mistura de pó piezoelétrico e resina epóxi para um sensor de impacto. Os laminados compostos de polímero reforçado com fibras (FRP) inteligentes, compostos de tecido piezoelétrico tecido, que atua como um sensor e um reforço, exibiram uma relação direta entre a carga aplicada e o sinal do sensor23. Wang et al.24 sugeriram o novo processo de polarização dos compósitos piezoelétricos CFRP e caracterizaram a propriedade piezoelétrica.