Micromechanical approach for the analysis of wave propagation in particulate composites

Modelamiento micro-mecánico de la propagación de ondas en materiales compuestos con refuerzos esféricos

Cristhian Fernando Rojas-Cristancho (1) , Florence Dinzart (1) , Octavio Andrés González Estrada (2)

1 LEM3 - Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux
2 GIEMA - Grupo de Investigación en Energía y Medioambiente [Bucaramanga]]

Laser ultrasonic non-destructive testing is widely used for the inspection of mechanical structures. This method uses the propagation of ultrasonic guided waves (UGW) in the media. For this purpose, it has been demonstrated that the addition of a thin composite layer between the laser source and the structure for inspection is necessary. Consequently, this composite is an optoacoustic transducer composed of an absorption material such as carbon for inclusions and an expanding material such as an elastomer for the matrix. Thus, optimal fabrication of this composite should enable the amplification of the signal for inspection. Indeed, experimental research has demonstrated that variation in the volume fraction of carbon inclusions, their shape, and the nature of the matrix, affect the amplification of the signal directly. The aim of this study is to analyse the wave propagation in particulate viscoelastic composites by a dynamic self- consistent approach.

La inspección de componentes mecánicos por ultrasonido láser es uno de los controles no destructivos (CND) más utilizados en la industria, ya que permite inspeccionar rápidamente piezas de gran tamaño y de formas complejas por medio de la propagación de ondas guiadas. Ha sido demostrado que, para obtener la mejor calidad posible de la señal acústica, es necesario integrar una fina capa de material compuesto entre la placa y la fuente laser. Dicha capa de material compuesto permitiría la amplificación de la señal acústica, esta capa está formada por refuerzos de carbono que dan una característica de absorción térmica y de una matriz elastómera que otorga una característica de expansión volumétrica. Por lo tanto, la fabricación óptima de dicho compuesto permitiría la amplificación de la señal de inspección. De hecho, experimentalmente ha sido demostrado que la variación de la fracción volumétrica del refuerzo, de su forma (esférica o elipsoidal) y del tipo de matriz (silicona o resina), afecta directamente la amplificación de la señal. El objetivo de este trabajo es realizar un estudio micro-mecánico de tipo auto-coherente de la propagación de ondas elásticas en un medio heterogéneo compuesto por una matriz viscoelástica y refuerzos esféricos elásticos.

Mots clés: particulate composites; self-consistent; viscoelastic composites; wave propagation

Domaines: Mécanique des structures [physics.class-ph]; Mécanique des solides [physics.class-ph]

Cristhian Fernando Rojas-Cristancho, Florence Dinzart, Octavio Andrés González Estrada. Micromechanical approach for the analysis of wave propagation in particulate composites. Revista UIS Ingenierías, 2019, 18, pp.41-50. ⟨10.18273/revuin.v18n2-2019004⟩. ⟨hal-01993440⟩