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Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 18041 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Usamos vibrometria holográfica digital (DHV) como um método não destrutivo para detectar áreas de descolamento em laminados feitos de alumínio e polímero (polilactídeo, fluoreto de polivinilideno ou policarbonato). Em baixas frequências (até 30 kHz) \(A_0\) ondas Lamb foram excitadas e a amplitude e os padrões de fase da vibração da amostra foram registrados simultaneamente para o lado de metal e polímero do laminado. Com base nesses padrões, as áreas de descolamento nos laminados foram localizadas. As propriedades de transmissão em baixas frequências também foram estudadas em termos de: a faixa de frequência para a qual as ondas Lamb regulares foram observadas, as amplitudes das ondas Lamb e a velocidade de propagação das ondas Lamb dependendo da frequência. Mostramos que essas propriedades também mudam quando ocorre um defeito no laminado. Mesmo quando não conseguíamos localizar o defeito, ainda era possível detectar se uma amostra estava danificada com base no comportamento das ondas de Lamb.

O uso de laminados de polímero-metal nos últimos anos vem ganhando popularidade. Isso se deve ao fato de serem mais leves e apresentarem melhores propriedades físicas, como módulo de elasticidade, resistência à tração e flexão, tenacidade, etc. em comparação com componentes de metal puro ou polímero1. Além disso, eles podem ser facilmente adaptados a aplicações e necessidades específicas.

Esses laminados são utilizados em diversas indústrias, incluindo aviação, automotiva, equipamentos médicos, eletrodomésticos e outros. Atualmente, cada vez mais empresas da indústria automotiva estão tentando reduzir o peso dos veículos, a fim de melhorar seus parâmetros operacionais e reduzir os custos de produção. A mesma tendência pode ser observada na aviação e na indústria naval. Metal e polímero, quando criados adequadamente, podem formar um elemento que pode ser facilmente montado em estruturas mecânicas.

A escolha dos materiais para ambos os parceiros do laminado deve ser baseada em propriedades como diferenças limitadas na expansão térmica, conformidade com as condições ambientais, condutividade elétrica e térmica, capacidade de amortecer vibrações estruturais e outras.

Atualmente, a montagem de ambos os materiais é realizada diretamente durante o processamento, sem etapas adicionais, usando procedimentos comuns, como moldagem por injeção com insertos metálicos2,3,4,5,6,7. Esses métodos de união são particularmente atraentes devido à possibilidade de reciclagem fácil e completa de polímeros e componentes metálicos. Ciclos de produção curtos das juntas metal-polímero podem, no entanto, levar a defeitos de conexão.

Apesar da crescente familiaridade com os métodos de produção de laminados polímero-metal, a suscetibilidade à formação de defeitos ocultos ou pouco visíveis ainda é uma grande preocupação. Tais defeitos podem aparecer tanto durante a produção quanto na exploração de um determinado elemento e podem permanecer ocultos por inspeções padrão1. Falhas desse tipo podem aumentar progressivamente ao longo da operação se não forem detectadas e, em última instância, ter consequências catastróficas para toda a estrutura1.

Embora os defeitos superficiais em tais materiais possam ser facilmente localizados, os defeitos internos (ocultos), cuja presença pode ter um impacto significativo na resistência do produto final, são difíceis de detectar. Mesmo que detectado, sua localização também é necessária para remover ou substituir apenas o painel ou parte da estrutura com defeito.

O teste não destrutivo (NDT) é uma ferramenta útil para verificar componentes individuais quanto a possíveis defeitos ocultos. Mais do que algumas técnicas NDT estão em uso hoje em dia, como testes ultrassônicos8,9,10 (incluindo vibrometria ultrassônica11), radiografia12,13,14, vibrometria Doppler a laser de varredura15,16 e shearography entre outros17,18. Métodos de teste não destrutivos padrão e bem conhecidos usando ondas de Lamb são usados ​​para objetos grandes e altas frequências de excitação - até 6 MHz1,19,20. Em nosso trabalho anterior, usando vibrometria holográfica21,22, conseguimos investigar defeitos ocultos em laminados de aço-poliamida unidos com uma fina camada de adesivo epóxi e laminados de alumínio-poliamida conectados apenas adesivamente (sem cola). Comparamos os padrões de amplitude e fase em uma amostra excitada para vibrações com frequências na faixa de 200–30 kHz. Em ambos os casos, uma área de separação pode ser detectada e localizada medindo diferenças nos padrões de vibração em ambos os lados da amostra.