Кластерный анализ данных акустической эмиссии слоистых композитных материалов с различной ориентацией межфазных волокон на основе модели гауссовой смеси

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Целью настоящего исследования был поиск более эффективного метода кластеризации событий акустической эмиссии. Сигналы акустической эмиссии композитных слоистых композитных материалов с различной ориентацией межфазных волокон были получены в ходе экспериментов с двухконсольной балкой (ДКБ). В результате выделения признаков из предварительно обработанных данных с помощью алгоритма Relief F было установлено, что большая часть информации в сигналах акустической эмиссии может быть представлена амплитудой, обратной частотой, центральной частотой, пиковой частотой и так далее. Впоследствии для кластеризации данных с уменьшенной размерностью был применен метод анализа главных компонент и модели «ожидание-максимизация» и гауссовой смеси. С помощью этого метода можно не только выделять различные механизмы повреждения, но и показывать уровень концентрации повреждений в зависимости от их типа. Кроме того, как только кластеры были разделены по различным механизмам повреждений, их можно было точно идентифицировать, используя амплитуду и пиковую частоту. Наконец, на основе кривых нагружения четырех типов образцов проводили сравнение и анализ кумулятивных событий и энергий акустической эмиссии, а также были определены различные механизмы повреждения.

Об авторах

Вэй Ли

Северо-восточный нефтяной университет

Дацин, Китай

Цзяхао Чэн

Северо-восточный нефтяной университет

Дацин, Китай

Пэн Цзян

Северо-восточный нефтяной университет

Email: nepujp_2022@163.com
Дацин, Китай

Иньхонлинь Лю

Северо-восточный нефтяной университет

Дацин, Китай

Список литературы

  1. Zhou W., Zhao W.Z., Zhang Y.N., Ding Z.J. Cluster analysis of acoustic emission signals and deformation measurement for delaminated glass fiber epoxy composites // Compos. Struct. 2018. V. 195. P. 349-358.
  2. Mohammadi R., Najafabadi M.A., Saeedifar M., Yousefi J., Minak G. Correlation of acoustic emission with finite element predicted damages in open-hole tensile laminated composites // Composites. Part B: Eng. 2017. V. 108. P. 427-435.
  3. Lorriot T., Marion G., Harry R., Wargnier H. Onset of free-edge delamination in composite laminates under tensile loading // Composites. Part B: Eng. 2003. V. 34 (5). P. 459-471.
  4. Saeedifar M., Najafabadi M.A., Zarouchas D., Toudeshky H.H., Jalalvand M. Clustering of interlaminar and intralaminar damages in laminated composites under indentation loading using Acoustic Emission // Composites, Part B: Eng. 2018. V. 144. P. 206-219.
  5. Yu F., Okabe Y., Wu Q., Shigeta N. A novel method of identifying damage types in carbon fiber-reinforced plastic cross-ply laminates based on acoustic emission detection using a fiber-optic sensor // Compos. Sci. Technol. 2016. V. 135. P. 116-122.
  6. Arumugam V., Kumar C.S., Santulli C., Sarasini F., Stanley A.J. A global method for the identification of failure modes in fiberglass using acoustic emission //j. Test. Eval. 2011. V. 39 (5). P. 954-966.
  7. Fotouhi M., Sadeghi S., Jalalvand M., Ahmadi M. Analysis of the damage mechanisms in mixed-mode delamination of laminated composites using acoustic emission data clustering //j. Thermoplast.Compos. Mater. 2017. V. 30 (3). P. 318-340.
  8. Li L., Lomov S.V., Yan X., Carvelli V. Cluster analysis of acoustic emission signals for 2D and 3D woven glass/epoxy composites // Compos. Struct. 2014. V. 116. P. 286-299.
  9. Li C.J., Li S.Y. Acoustic emission analysis for bearing condition monitoring // Wear. 1995. V. 185 (1-2). P. 67-74.
  10. Dunegan H.L., Harris D.O., Tatro C.A. Fracture analysis by use of acoustic emission // Eng. Fract. Mech. 1968. V. 1 (1). P. 105-122.
  11. Van Tittelboom K., De Belie N., Lehmann F., Grosse C.U. Acoustic emission analysis for the quantification of autonomous crack healing in concrete // Constr. Build. Mater. 2012. V. 28 (1). P. 333-341.
  12. Kishawy H.A., Hegab H., Umer U., Mohany A. Application of acoustic emissions in machining processes: analysis and critical review // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2018. V. 98 (5). P. 1391-1407.
  13. Ely T.M., Hill E. Longitudinal splitting and fiber breakage characterization in graphite epoxy using acoustic emission data // Mater. Eval. 1995. V. 53 (2). P. 288-294.
  14. Barnes C.A., Ramirez G. Acoustic emission testing of carbon fiber composite offshore drilling risers / AECM-6: Sixth International Symposium on Acoustic Emission From Composite Materials. 1998. P. 13-22. American Society for Nondestructive Testing. Inc, San Antonio.
  15. Barile C., Casavola C., Pappalettera G: Kannan V.P. Laplacian score and K-means data clustering for damage characterization of adhesively bonded CFRP composites by means of acoustic emission technique // Applied Acoustics. 2022. V. 185. P. 108425.
  16. Jain D., Singh V. An efficient hybrid feature selection model for dimensionality reduction // Procedia Comput. Sci. 2018. V. 132. P. 333-341.
  17. American Society for Testing and Materials: Standard Test Method for Tensile Properties of Glass Fiber Strands, Yarns, and Rovings Used in Reinforced Plastics. ASTM International, ASTM International, 2009.
  18. Nikbakht M., Yousefi J., Hosseini-Toudeshky H., Minak G. Delamination evaluation of composite laminates with different interface fiber orientations using acoustic emission features and micro visualization // Composites. Part B: Eng. 2017. V. 113. P. 185-196.
  19. American Society for Testing and Materials: Standard test method for mode I interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber-reinforced polymer matrix composites. ASTM International. 2021.
  20. Kononenko I. Estimating attributes.: Analysis and extensions of RELIEF. In: Bergadano, F., De Raedt, L.(eds.) European Conference on Machine Learning. P. 171-182. Springer, Berlin, Heidelberg, 1994.
  21. Ichenihi A., Li W., Gao Y., Rao Y. Feature selection and clustering of damage for pseudo-ductile unidirectional carbon/glass hybrid composite using acoustic emission // Applied Acoustics. 2021. V. 182. P. 108184.
  22. Saeedifar M., Zarouchas D. Damage characterization of laminated composites using acoustic emission: A review // Composites. Part B: Engineering. 2020. V. 195. P. 108039.
  23. Cheng F., Zhai S.C., Dong J. Investigation of Gaussian mixture clustering model for online diagnosis of tip-wear in nanomachining //j. Manuf. Processes. 2022. V. 77. P. 114-124.
  24. Seyfi S.M.S., Sharifi A., Arian H. Portfolio Value-at-Risk and expected-shortfall using an efficient simulation approach based on Gaussian Mixture Model // Math.Comput. Simul. 2021. V. 190. P. 1056-1079.
  25. Moevus M., Godin N., R'Mili M., Rouby D., Reynaud P., Fantozzi G. et al. Analysis of damage mechanisms and associated acoustic emission in two SiCf/[Si-B-C] composites exhibiting different tensile behaviours. Part II: Unsupervised acoustic emission data clustering // Compos. Sci. Technol. 2008. V. 68 (6). P. 1258-1265.
  26. Dunn J.C. A fuzzy relative of the ISODATA process and its use in detecting compact well-separated clusters //j. Cybern. 1973. V. 3 (3). P. 32-57.
  27. Ramirez-Jimenez C.R., Papadakis N., Reynolds N., Gan T.H., Purnell P., Pharaoh M. Identification of failure modes in glass/polypropylene composites by means of the primary frequency content of the acoustic emission event // Compos. Sci. Technol. 2004. V. 64 (12). P. 1819-1827.
  28. Kotsikos G., Evans J.T., Gibson A.G., Hale J. Use of acoustic emission to characterize corrosion fatigue damage accumulation in glass fiber reinforced polyester laminates // Polym.Compos. 1999. V. 20 (5). P. 689-696.
  29. Godin N., Huguet S., Gaertner R.Integration of the Kohonen's self-organising map and k-means algorithm for the segmentation of the AE data collected during tensile tests on cross-ply composites // NDT E Int. 2005. V. 38 (4). P. 299-309.
  30. Fotouhi M., Najafabadi M.A. Acoustic emission-based study to characterize the initiation of delamination in composite materials //j. Thermoplast.Compos. Mater. 2016. V. 29 (4). P. 519-537.
  31. Gutkin R., Green C.J., Vangrattanachai S., Pinho S.T., Robinson P., Curtis P.T. On acoustic emission for failure investigation in CFRP: Pattern recognition and peak frequency analyses // Mech. Syst. Sig. Process. 2011. V. 25 (4). P. 1393-1407.
  32. Komai K., Minoshima K., Shibutani T. Investigations of the fracture mechanism of carbon/epoxy composites by AE signal analyses // JSME International Journal. Ser. 1. Solid mechanics, strength of materials. 1991. V. 34 (3). P. 381-388.
  33. Jong H.J. Transverse cracking in a cross-ply composite laminate-detection in acoustic emission and source characterization //j.Compos. Mater. 2006. V. 40 (1). P. 37-69.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023