Acoustic emission location of defects by analytical and tabular methods during static loading the composite caisson of the aircraft wing

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article presents the results of acoustic emission testing of an aircraft wing box made of composite material ACM 102 130 C UD. The load was changed in steps with a step of 10 % of its maximum value. Before loading, the control zones consisting of four piezoelectric transducers of acoustic emission were calibrated. In order to reduce the influence of anisotropy and design features of the wing box on the errors in defect location, a new technique consisting of analytical and tabular methods was developed. In the analytical method, the coordinates of defects were calculated using three sensors of the piezoantenna, and the location error included random and systematic components. Inaccurate determination of the difference in the times of signal arrival at the sensors of the piezoantenna was the main source of the random component of the error. The complexity of the design influenced the appearance of the systematic error. At the same time, the features of the test object hampered the rectilinear propagation of the sound wave. When using the tabular method, the caisson structure was divided into a number of zones and the matrix of correspondence between the difference in signal arrival times and the coordinates of the selected cells was calculated. It was shown that the number of signals localized using the tabular method was bigger than that using the analytical method. Practical application of the developed location method showed that the average value of the reduced error decreased two fold when calculating the X coordinate and six fold when calculating the Y coordinate. This made it possible to reduce the location errors associated with the location of the calibration points on the structure. If the signal location error exceeded the permissible value determined by the cell size, they were excluded from further consideration as not localized.

About the authors

Ludmila N. Stepanova

FAI «Siberian Aeronautical Research Institute named after S. A. Chaplygin»

Email: akustika2063@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1073-8394
SPIN-code: 5729-8175
Scopus Author ID: 494819
Russian Federation, 630051 Novosibirsk, Polzunova str., 21

Ilya S. Ramazanov

FAI «Siberian Aeronautical Research Institute named after S. A. Chaplygin»

Email: akustika2063@yandex.ru
Scopus Author ID: 143416
Russian Federation, 630051 Novosibirsk, Polzunova str., 21

Sergey I. Kabanov

FAI «Siberian Aeronautical Research Institute named after S. A. Chaplygin»

Email: akustika2063@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6842-5772
SPIN-code: 3495-0596
Scopus Author ID: 333642
Russian Federation, 630051 Novosibirsk, Polzunova str., 21

Valentina V. Chernova

The Siberian Transport University (STU)

Author for correspondence.
Email: akustika2063@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2701-1522
SPIN-code: 6035-3730
Scopus Author ID: 753280
Russian Federation, 630049 Novosibirsk, D. Kovalchuc str., 191

References

  1. Sereznov A.N., Stepanova L.N., Lebedev E.Y., Kabanov S.I. Use of microprocessor acoustic emission systems during aircraft endurance testing // Defectoskopiya. 2013. No. 8. P. 35—42.
  2. Savin S. Application of modern polymeric composite materials in the design of MS-21 airplane family // Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2012. V. 14. No. 4 (2). P. 686—693.
  3. Timoshkov P.N., Goncharov V.A., Usacheva M.N., Khrulkov A.V. Features of technology and polymer composite materials for the manufacture of wings of advanced aircraft (review) // Proceedings of VIAM. 2022. No. 1(107). P. 66—75. doi: 10.18577/2307-6046-2022-0-1-66-75
  4. Popov A.V., Samuylov A.O., Cherepanov I.S. Application and evaluation of the technical condition of composite materials in aircraft and unmanned aerial vehicles by acoustic emission method of nondestructive testing // Advanced Engineering Research. 2021. V. 21. No. 4. P. 328—336. https://doi.org/10.23947/2687-1653-2021-21-4-328-336
  5. Kolobkov A.S. Polymer composite materials for various aircraft structures (review) // Proceedings of VIAM. 2020. No. 6—7. P. 38—44. doi: 10.18577/2307-6046-2020-0-67-38-44
  6. Startsev V.O., Antipov V.V., Slavin A.V., Gorbovets M.A. Modern domestic polymer composite materials for aviation industry (review) // Aviation Materials and Technologies. 2023. No. 2 (71). P. 122—144. doi: 10.18577/2713-0193-2023-0-2-122-144
  7. Kalenov V.V., Savitsky R.S., Barannikov A.A. Study of the mechanical properties of three-layer panels with different types of honeycomb filler splicing // Proceedings of VIAM. 2024. № 9. P. 33—41. doi: 10.18577/2307-6046-2024-0-9-33-41
  8. Sereznov A.N., Stepanova L.N., Kabanov S.I., Ramazanov I.S., Chernova V.V. Acoustic emission testing of aircraft materials and structures made of carbon fiber reinforced plastics. Novosibirsk: Nauka, 2024. 288 p.
  9. Sereznov A.N., Stepanova L.N., Kabanov S.I., Chernova V.V., Kuznetsov A.B. Acoustic Emission Control of Defects in the Aircraft wing Attachment Zone in Flight // Kontrol’. Diagnostika. 2024. V. 27 (6). P. 18—27. doi: 10.14489/td.2024.06.pp.018-027
  10. Lehmann M., Bueter A., Schwarzaupt O. Structural health monitoring of composite aero-space structures with acoustic emission // Journal of Acoustic Emission. 2018. V. 35. P. 172—193.
  11. Barsuk V.E., Sereznov A.N., Stepanova L.N., Chernova V.V. Acoustic emission control of the wing box defects of a carbon-fiber aircraft wing in the process of static and impact loadings // Flight. 2019. No. 5. P. 17—24.
  12. Leshukova I.V. Fundamental technologies for manufacturing aircraft structures from composite materials: RTM and autoclave molding // International scientific journal “Innovative Science”. 2018. No. 1. P. 14—16.
  13. Veshkin E.A., Semenychev V.V., Kirillin S.G., Istyagin S.E. Investigation of acoustic emission signals and microhardness of the matrix in the samples from unidirective carbon fiber // Proceedings of VIAM. 2023. No. 6. P. 63—71. doi: 10.18577/2307-6046-2023-0-6-63-71
  14. Sereznov A.N., Stepanova L.N., Kabanov S.I., Kareev A.E., Lebedev E.Yu., Kozhemyakin V.L., Ramazanov I.S., Kharlamov B.M. Acoustic emission testing of aircraft structures. M.: Mechanical Engineering / Machine Engineering—Flight, 2008. 440 p.
  15. Matvienko Y.G., Vasil’ev I.E., Chernov D.V., Ivanov V.I., Mishchenko I.V. Error reduction in determining the wave-packet speed in composite materials // Instruments and Experimental Techniques. 2020. V. 63. No. 1. P. 106—111. doi: 10.31857/S0032816220010231
  16. Holroyd T.J., Meisuria H.M., Lin Holroyd T.J. Development of practical acoustic emission — based structural monitoring system // Insight. 2003. V. 45. No. 2. P. 127—129.
  17. Sause Markus G.R. On use of signal features for acoustic emission souse identification in fibre-reinforced composites // J. Acoustic Emission. 2018. V. 35. P. 125—136.
  18. Stepanova L.N., Chernova V.V., Kabanov S.I. Analysis of the destruction processes of carbon fiber samples using acoustic emission and tensometry // Defectoskopiya. 2023. № 7. P. 3—13. doi: 10.31857/S0130308223070011
  19. Sudha J., Sampathkumar S., Kumar R. Condition monitoring of delamination during drilling of GFRP composites using acoustic emission technique — a neural model // Insight. 2011. V. 53. No. 8. P. 445—449.
  20. Madaras E.I., Prosser W.H., Studor G., Gorman M.R., Ziola S.M. Structural Health Monitoring of the Space Shuttle's Wing Leading Edge // AIP Conf. Proc. 6 March 2006. V. 820 (1). P. 1756—1763. https://doi.org/10.1063/1.2184733
  21. Walles J.M., Saulsberry R.L., Andrade E. Use of Acoustic Emission to monitor progressive damage accumulation in Kevlar 49 composites / NASA. Johnson Space Center. Houston. JSC-CN-18563. 2009.
  22. Matvienko Y.G., Vasil’ev I.E., Chernov D.V., Ivanov V.I., Elizarov S.V. Problems of locating acoustic emission sources // Defectoskopiya. 2021. No. 9. P. 35—44. doi: 10.31857/S0130308221090049
  23. Matvienko Y.G., Vasiliev I.E., Balandin T.D., Chernov D.V. Features of planar localization of acoustic emission sources via the INGLADA’s triangulation algorithm // Defectoskopiya. 2024. No. 12. P. 3—13. doi: 10.31857/S0130308224120011
  24. Sereznov A.N., Stepanova L.N., Muravyov V.V., Komarov K.L., Kabanov S.I., Lebedeva E.Yu., Kozhemyakin V.L., Pankov A.F. Acoustic emission diagnostics of structures. M.: Radio and communication, 2000. 280 p.
  25. Stepanova L.N., Chernova V.V., Kabanov S.I. Analysis of the mode composition of the acoustic emission signals with simultaneous thermal and static loading of specimens of carbon fiber T800 // Kontrol’. Diagnostika. 2018. No. 11. P. 4—13. doi: 10.14489/td.2018.11.pp.004–013
  26. Aljets D. Acoustic emission source location in composite aircraft structures using modal analysis. University of Glamorgan, 2011. 163 p.
  27. Stepanova L.N., Tenitilov E.S. Localization of acoustic-emission sources in objects with small geometric dimensions // Defectoskopiya. 2012. № 8. P. 47—51.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».