A reference-free damage detection, localization and quantification technique in a multi layered composite plate is proposed. It is reported that when A0 Lamb wave mode propa-gates the damage, time delay, attenuation and multiple reflections are occurred in the dam-age area. In this thesis, additional reflected waves from the damage due to multiple reflec-tions are used as a feature for characterizing the damage. First, the damage is identified by detecting the additional reflected waves from the damage area. Then, the location of the damage is estimated using combined pitch-catch and pulse-echo methods. Finally, the dam-age is quantified using a damage index defined as the ratio between the physical length of the damage and the wavelength of the A0 Lamb wave mode. The matching pursuit method is utilized for analyzing the obtained signal by decomposing overlapped waves and estimat-ing the parameters of each wave such as arrival time, driving frequency, amplitude, and so on. The proposed technique has an advantage that the damage can be characterized without reference data obtained from pristine condition of the monitored structure within a single path. The feasibility of the proposed technique is verified through numerical simulations and experimental tests. In numerical simulation, different damage models (length, material properties, and location) are investigated. In experimental tests, a Teflon tape inserted and impact-induced damage are characterized under temperature variations. The results are suggesting a reliable damage characterization in composites.
복합재료는 재료의 경량성, 내구성, 고강도의 특성으로 인하여, 항공기에서부터 교량에까지 널리 사용되고 있다. 하지만 외부의 충격으로 인한 복합재료 내부의 손상은 재료의 강도를 감소시켜 구조물의 안정성을 저하시키는 요인이 된다. 하지만 복합재료의 손상은 재료 내부에서 발생하여 육안으로는 식별하기도 힘들며, 표면에서 보이는 것만으로 내부의 손상 정도를 판단하기는 불가능하다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 손상 내부에서 반사로 인해 발생하는 파를 이용하여 기저자료를 사용하지 않고, 특정 시점에서 얻은 자료만으로 복합재료의 손상을 진단하고 정량화 할 수 있는 기법을 제안한다. 제안된 기법의 적용성을 검증하기 위하여 유한요소법을 이용한 수치해석을 수행하였고, Teflon tape 이 삽입된 시편과 실제 충격하중으로 인한 손상을 입은 시편을 이용한 실험을 진행하였다. 수치해석 및 실험 결과, 제안된 기법이 복합재료의 손상을 성공적으로 진단 및 정량화할 수 있음을 확인하였다. 또한 다양한 외부 온도 환경에서 제안된 기법의 환경영향 실험을 수행하였고, 다양한 환경에서 손상의 진단 및 정량화가 성공적으로 이루어짐을 검증하였다.
