ES2951300A1 - METHOD FOR MONITORING THE STRUCTURAL HEALTH OF CONTINUOUS FIBER COMPOSITE MATERIALS THROUGH RESISTIVE HEATING (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
MÉTODO DE MONITORIZACIÓN DE LA SALUD ESTRUCTURAL DE MATERIALESMETHOD FOR MONITORING THE STRUCTURAL HEALTH OF MATERIALS
COMPUESTOS DE FIBRA CONTINUA MEDIANTE CALENTAMIENTO RESISTIVOCONTINUOUS FIBER COMPOSITES USING RESISTIVE HEATING
CAMPO DE LA INVENCIÓNFIELD OF THE INVENTION
La presente invención pertenece al campo técnico de monitorización de la salud estructural de materiales, y más concretamente a un método de monitorización de la salud estructural de materiales compuestos de fibra continua mediante calentamiento resisitivo.The present invention belongs to the technical field of monitoring the structural health of materials, and more specifically to a method of monitoring the structural health of continuous fiber composite materials by means of resistive heating.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
La monitorización de la salud estructural o Structural Health Monitoring (SHM por sus siglas en inglés) es una rama de la ingeniería centrada en el estudio y desarrollo de sistemas que permiten obtener información sobre la integridad estructural. Representa el procedimiento de implementación de estrategias de detección de daño en estructuras aeroespaciales, marinas, de ingeniería civil o mecánica, siendo el daño cualquier variación en las propiedades geométricas, condiciones de contorno o de los materiales de estos sistemas. El proceso involucra la observación de la estructura en intervalos de tiempo prefijados, la extracción de características y su análisis para determinar su integridad [1].Structural health monitoring or Structural Health Monitoring (SHM) is a branch of engineering focused on the study and development of systems that allow obtaining information about structural integrity. It represents the procedure for implementing damage detection strategies in aerospace, marine, civil engineering or mechanical structures, damage being any variation in the geometric properties, boundary conditions or materials of these systems. The process involves observing the structure at preset time intervals, extracting features, and analyzing them to determine their integrity [1].
Recientemente se ha prestado mucha atención a la monitorización en tiempo real del rendimiento estructural de materiales basados en polímeros reforzados con fibra para mejorar la fiabilidad y aumentar la vida útil. Una tecnología prometedora para la monitorización de los daños en dichos materiales es la observación de los cambios en su resistencia eléctrica. En particular, existen multitud de estudios que demuestran que estos materiales basados en polímeros reforzados, principalmente con nanopartículas de carbono, presentan una excelente sensibilidad eléctrica ante deformaciones mecánicas, así como frente a la aparición de grietas en el material, las cuales son críticas para el desarrollo estructural del mismo [2].Recently, much attention has been paid to real-time monitoring of the structural performance of fiber-reinforced polymer-based materials to improve reliability and increase service life. A promising technology for monitoring damage in such materials is the observation of changes in their electrical resistance. In particular, there are many studies that demonstrate that these materials based on reinforced polymers, mainly with carbon nanoparticles, have excellent electrical sensitivity to mechanical deformations, as well as to the appearance of cracks in the material, which are critical for the structural development of it [2].
Estos métodos presentan el principal problema de que no es posible obtener una visión global del estado del material, ya que únicamente se tienen medidas de resistencia eléctrica entre dos electrodos. Por lo tanto, para una mayor precisión en la detección de posibles defectos, es necesario establecer una red de electrodos compleja, cuyo diseño, en muchos casos es difícil de implementar en una estructura real. These methods present the main problem that it is not possible to obtain a global view of the state of the material, since only measurements of electrical resistance between two electrodes are available. Therefore, for greater precision in the detection of possible defects, it is necessary to establish a complex electrode network, the design of which, in many cases, is difficult to implement in a real structure.
En ese sentido, en los últimos años, han surgido técnicas de inspección basadas en medidas de conductividad eléctrica mediante tomografía, conocidas como técnicas de tomografía por impedancia eléctrica (electrical impedance tomography, EIT). En esos casos, sí que se puede obtener un mapa del estado de la estructura, pero, nuevamente, el diseño de la red de electrodos es bastante complejo y, además, exigen esfuerzos computacionales muy elevados [3].In this sense, in recent years, inspection techniques have emerged based on electrical conductivity measurements using tomography, known as electrical impedance tomography (EIT) techniques. In these cases, a map of the state of the structure can be obtained, but, again, the design of the electrode network is quite complex and, in addition, requires very high computational efforts [3].
Otra de las posibles funcionalidades de estos polímeros reforzados con nanopartículas de carbono es el auto-calentamiento por Efecto Joule, consistente en el aumento de temperatura del material al pasar una corriente eléctrica por el mismo.Another possible functionality of these polymers reinforced with carbon nanoparticles is self-heating by the Joule Effect, consisting of the increase in temperature of the material by passing an electric current through it.
En este sentido, existen documentos como el publicado por Zhang, D. et al. (2020), el cual describe el uso de la capacidad de calentamiento por Efecto Joule para la monitorización de la deformación en un material formado por un polímero flexible [4]. En dicho estudio se ha demostrado que estos polímeros dopados con nanopartículas de carbono presentan una elevada sensibilidad termoeléctrica a la deformación. Sin embargo, dicho trabajo se centra únicamente en la detección de deformaciones en polímeros flexibles para aplicaciones no estructurales, sin haberse demostrado su capacidad para la monitorización de materiales estructurales.In this sense, there are documents such as the one published by Zhang, D. et al. (2020), which describes the use of the Joule Effect heating capacity for monitoring deformation in a material formed by a flexible polymer [4]. In this study it has been shown that these polymers doped with carbon nanoparticles have a high thermoelectric sensitivity to deformation. However, this work focuses only on the detection of deformations in flexible polymers for non-structural applications, without having demonstrated its ability to monitor structural materials.
Por lo tanto, existe una necesidad de nuevos métodos para la monitorización en tiempo real del rendimiento o la salud estructural de materiales que permitan obtener una visión global y detallada del estado de la estructura, sin necesidad de redes complejas de sensores y cables, requisitos de alta potencia, alto coste y nivel de ruido, entre otros.Therefore, there is a need for new methods for real-time monitoring of the performance or structural health of materials that allow obtaining a global and detailed view of the state of the structure, without the need for complex networks of sensors and cables, security requirements. high power, high cost and noise level, among others.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención es de gran relevancia industrial, al poder solucionar problemas inherentes a otras técnicas de monitorización empleadas en la actualidad que, tal y como se ha comentado, no ofrecen una visión global y detallada del estado de la estructura.The present invention is of great industrial relevance, as it can solve problems inherent to other monitoring techniques currently used that, as mentioned, do not offer a global and detailed view of the state of the structure.
En la actualidad, los costes asociados a la revisión y mantenimiento de estructuras son muy elevados, suponiendo, en el caso de industrias como la aeroespacial, una parte importante de los costes totales. El principal problema radica en que muchas veces el mantenimiento realizado no aporta valor añadido, en el caso de que la estructura no presente ningún tipo de problema (mantenimiento preventivo). Por ese motivo, el desarrollo de métodos de monitorización de la salud estructural tiene un elevado interés, ya que permite conocer, de manera continua, el estado de la estructura, permitiendo actuar sólo cuando es necesario.Currently, the costs associated with the review and maintenance of structures are very high, representing, in the case of industries such as aerospace, an important part of the total costs. The main problem is that many times the maintenance carried out does not provide added value, in the event that the structure does not present any type of problem (preventive maintenance). For this reason, the development of methods of Structural health monitoring is of great interest, since it allows us to continuously know the state of the structure, allowing action only when necessary.
La presente invención proporciona un método que permite establecer mapas térmicos de la estructura que permiten saber el estado de la misma, pudiendo identificar posibles defectos de una manera simple y efectiva.The present invention provides a method that allows establishing thermal maps of the structure that allow knowing its state, being able to identify possible defects in a simple and effective way.
En un primer aspecto, la presente invención proporciona un método de monitorización de la salud estructural de materiales compuestos de fibra continua mediante calentamiento resistivo , caracterizado porque comprende las siguientes etapas:In a first aspect, the present invention provides a method for monitoring the structural health of continuous fiber composite materials by resistive heating, characterized in that it comprises the following steps:
a) proporcionar una muestra de un material compuesto de matriz polimérica y fibra continua dopado con un refuerzo nanométrico conductor;a) providing a sample of a polymer matrix and continuous fiber composite material doped with a conductive nanometric reinforcement;
b) colocar al menos un electrodo en cada uno de los extremos de la muestra del material compuesto;b) place at least one electrode at each end of the sample of the composite material;
c) aplicar un voltaje de entre 15 y 105 V entre los electrodos para inducir el calentamiento por efecto Joule de la muestra;c) apply a voltage of between 15 and 105 V between the electrodes to induce Joule heating of the sample;
d) detectar la variación de temperatura mediante termografía infrarroja obteniéndose un mapa térmico de la muestra;d) detect the temperature variation using infrared thermography, obtaining a thermal map of the sample;
a) correlacionar la variación de temperatura con el estado de la estructura mediante la interpretación del mapa térmico obtenido en la etapa d).a) correlate the temperature variation with the state of the structure by interpreting the thermal map obtained in step d).
El voltaje aplicado sobre la muestra variará en función del área inspeccionada, siendo mayor cuanto menor sea el área de la sección transversal por la que circula la corriente eléctrica y menor cuanto menor sea la distancia lineal entre electrodos.The voltage applied to the sample will vary depending on the area inspected, being higher the smaller the cross-sectional area through which the electric current circulates and lower the smaller the linear distance between electrodes.
En otro aspecto de la invención, el refuerzo nanométrico conductor es seleccionado del grupo que consiste en nanotubos de carbono, nanofibras de carbono, grafeno, negro de humo y nanoestructuras metálicas.In another aspect of the invention, the conductive nanometric reinforcement is selected from the group consisting of carbon nanotubes, carbon nanofibers, graphene, carbon black and metallic nanostructures.
En la presente invención, las nanoestructuras metálicas son nanopartículas, nanohilos o nanoalambres. Adicionalmente, los metales de las nanoestructuras metálicas se seleccionan del grupo que consiste en cobre, plata y oro.In the present invention, the metallic nanostructures are nanoparticles, nanowires or nanowires. Additionally, the metals of the metallic nanostructures are selected from the group consisting of copper, silver and gold.
El método de la presente invención permite la detección y localización de daños tempranos y cuantificación de la extensión del daño a través de mapas térmicos, lo que demuestra las capacidades sobresalientes de la activación de calentamiento por efecto Joule para propósitos de monitorización de la salud estructural sobre otras técnicas convencionales de ensayos no destructivos, donde una información tan detallada no es a menudo fácil de obtener.The method of the present invention allows the detection and localization of early damage and quantification of the extent of damage through thermal maps, which demonstrates the outstanding capabilities of Joule heating activation for purposes of structural health monitoring over other conventional non-destructive testing techniques, where such detailed information is often not easy to obtain.
El método de la presente invención muestra una sensibilidad y una resolución a la deformación muy elevadas (con valores de deformación que van del 0,01 al 0,1%) para el inicio temprano de la grieta y su posterior propagación.The method of the present invention shows very high strain sensitivity and resolution (with strain values ranging from 0.01 to 0.1%) for early crack initiation and subsequent crack propagation.
Además, el método de la presente invención es muy simple ya que no implica el diseño de una red eléctrica compleja de electrodos en la muestra o el uso de herramientas matemáticas y estadísticas de elevado peso computacional. Este método novedoso brinda información, tanto general como detallada, de la salud de la estructura con una sensibilidad muy alta.Furthermore, the method of the present invention is very simple since it does not involve the design of a complex electrical network of electrodes in the sample or the use of mathematical and statistical tools with high computational weight. This novel method provides both general and detailed information on the health of the structure with very high sensitivity.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figura 1. Curvas de calentamiento-enfriamiento por efecto Joule para diferentes potenciales aplicados (15-105V) para un material compuesto de matriz polimérica y fibra de vidrio dopado con nanotubos de carbono.Figure 1. Heating-cooling curves due to the Joule effect for different applied potentials (15-105V) for a composite material of polymer matrix and glass fiber doped with carbon nanotubes.
Figura 2. Imagen de infrarrojos de la distribución de la temperatura durante el calentamiento resistivo sobre la muestra de un material compuesto de matriz polimérica dopado con nanotubos de carbono.Figure 2. Infrared image of the temperature distribution during resistive heating on the sample of a polymer matrix composite material doped with carbon nanotubes.
Figura 3. Imágenes térmicas de infrarrojos que muestran la evolución del daño en las muestras durante el ensayo de tracción a temperaturas entre 40 y 120°C, donde los números 1 a 8, indican diferentes momentos del ensayo en el que se observa una fase inicial de deformación (1 a 3), una fase de iniciación de grieta (4) y una fase final de propagación del daño (5 a 8). Figura 4. Representación de la variación de temperatura (líneas discontinuas) y la respuesta mecánica (líneas continuas) durante el ensayo de tracción para diferentes valores de temperatura inicial.Figure 3. Infrared thermal images showing the evolution of damage in the samples during the tensile test at temperatures between 40 and 120°C, where numbers 1 to 8 indicate different moments of the test in which an initial phase is observed. of deformation (1 to 3), a crack initiation phase (4) and a final damage propagation phase (5 to 8). Figure 4. Representation of the temperature variation (dashed lines) and the mechanical response (solid lines) during the tensile test for different initial temperature values.
Figura 5. Representación de la variación de la temperatura normalizada a temperaturas de ensayo iniciales entre 40 y 120°C durante el ensayo de tracción.Figure 5. Representation of the normalized temperature variation at initial test temperatures between 40 and 120°C during the tensile test.
Figura 6. Imágenes térmicas de infrarrojos, durante un ensayo a tracción, que muestran la evolución de la propagación de una grieta en una zona localizada que se refleja en una disminución brusca de la temperatura en la región dañada.Figure 6. Infrared thermal images, during a tensile test, showing the evolution of the propagation of a crack in a localized area that is reflected in a sharp decrease in temperature in the damaged region.
Figura 7. Imágenes térmicas de infrarrojos, durante un ensayo a tracción, que muestran la evolución de la propagación de una grieta de manera generalizada a través de la región central de la muestra. Figure 7. Infrared thermal images, during a tensile test, showing the evolution of the propagation of a generalized crack through the central region of the sample.
DESCRIPCIÓN DE MODOS DE REALIZACIÓNDESCRIPTION OF IMPLEMENTATION MODES
Ejemplo 1. Monitorización de la deformación y el daño de un material compuesto de matriz polimérica y fibra de vidrio dopado con nanotubos de carbono mediante el método de la presente invención.Example 1. Monitoring the deformation and damage of a composite material of polymer matrix and glass fiber doped with carbon nanotubes using the method of the present invention.
Inicialmente se fabricó un material compuesto de matriz polimérica dopado con nanopartículas conductoras, concretamente con nanotubos de carbono. Para este ejemplo se utilizó una resina epoxi (Araldite LY556, Sigma Aldrich) con un endurecedor amino (XB3473, Sigma Aldrich) y nanotubos de carbono de pared múltiple (Multi-Walled Carbón Nanotubes, MWCNT) (NC7000, Nanocyl), con un diámetro medio de 9,5 nm y una longitud de hasta 1,5 ^m. El refuerzo fue una fibra de vidrio (Resinas Castro), con una secuencia de apilamiento en el laminado de [±45]4s.Initially, a polymer matrix composite material doped with conductive nanoparticles, specifically carbon nanotubes, was manufactured. For this example, an epoxy resin (Araldite LY556, Sigma Aldrich) was used with an amino hardener (XB3473, Sigma Aldrich) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) (NC7000, Nanocyl), with a diameter medium of 9.5 nm and a length of up to 1.5 ^m. The reinforcement was a fiberglass (Resinas Castro), with a stacking sequence in the laminate of [±45]4s.
El material compuesto de matriz polimérica dopado con nanotubos de carbono se fabricó mediante un laminado manual. En primer lugar, los nanotubos de carbono se dispersaron en la matriz epoxi mediante un proceso de calandrado de tres rodillos siguiendo un ciclo de siete pasos con una reducción progresiva de los rodillos adyacentes, siendo la velocidad del último rodillo constante de 250 rpm. Tras el proceso de dispersión, la mezcla nanotubos de carbono/epoxi se desgasificó en condiciones de vacío a 80°C durante 15 min.The carbon nanotube-doped polymer matrix composite was fabricated by manual lamination. First, the carbon nanotubes were dispersed in the epoxy matrix using a three-roll calendering process following a seven-step cycle with a progressive reduction of the adjacent rollers, with the speed of the last roller being a constant 250 rpm. After the dispersion process, the carbon nanotube/epoxy mixture was degassed under vacuum conditions at 80°C for 15 min.
A continuación, se añadió el endurecedor en una proporción de monómero a endurecedor de 100 a 23. Por último, tras el laminado manual, el material compuesto se curó a 140°C durante 8 horas en una prensa de platos calientes a una presión de 0,6 MPa.The hardener was then added at a monomer to hardener ratio of 100 to 23. Finally, after manual lamination, the composite was cured at 140°C for 8 hours in a hot plate press at a pressure of 0 .6 MPa.
La caracterización microestructural se realizó mediante un microscopio -SEM de emisión de campo (Field Emission Gun - Scanning Electron Microscope, FEG-SEM), utilizando un módulo Nova NanoSEM para la caracterización de las superficies de fractura de los materiales compuestos. Previamente, las muestras fueron metalizadas por una fina capa de platino para una mejor caracterización.Microstructural characterization was performed using a Field Emission Gun - Scanning Electron Microscope (FEG-SEM), using a Nova NanoSEM module for the characterization of the fracture surfaces of the composite materials. Previously, the samples were metallized with a thin layer of platinum for better characterization.
La capacidad de calentamiento resistivo por efecto Joule de la muestra de material compuesto se evaluó aplicando un potencial entre dos electrodos hechos de hilo de cobre y adheridos a la superficie del material compuesto con pintura de plata, para reducir la resistencia de contacto, utilizando una fuente de alimentación de corriente continua programable. La temperatura alcanzada en las muestras fue registrada por una cámara térmica de Infrarrojos (FLIR Tools) con una resolución térmica de 0,1°C.The resistive heating capacity by Joule effect of the composite material sample was evaluated by applying a potential between two electrodes made of copper wire and adhered to the surface of the composite material with silver paint, to reduce the contact resistance, using a source programmable direct current power supply. The The temperature reached in the samples was recorded by an Infrared thermal camera (FLIR Tools) with a thermal resolution of 0.1°C.
Dicha capacidad fue analizada mediante las curvas de calentamiento-enfriamiento obtenidas, las cuales se muestran en la Figura 1. Se observó que el aumento del potencial aplicado entre los electrodos provocó un aumento de la temperatura alcanzada en las muestras.This capacity was analyzed using the heating-cooling curves obtained, which are shown in Figure 1. It was observed that the increase in the potential applied between the electrodes caused an increase in the temperature reached in the samples.
Además, analizando en detalle las curvas de calentamiento-enfriamiento, se observó que el aumento del potencial aplicado también indujo mayores tasas de calentamiento-enfriamiento en las primeras etapas de las pruebas de calentamiento resistivo por efecto Joule. Más concretamente, las tasas de calentamiento varían de 3 a 56°C min-1 a tensiones aplicadas de 30 a 105 V, respectivamente, durante el primer minuto de calentamiento. Además, las tasas de enfriamiento son ligeramente más lentas y varían de -2,8 a -50°C min-1 a tensiones aplicadas de 30 a 105 V, respectivamente, durante el primer minuto de enfriamiento.Furthermore, analyzing the heating-cooling curves in detail, it was observed that the increase in the applied potential also induced higher heating-cooling rates in the early stages of the Joule effect resistive heating tests. More specifically, the heating rates vary from 3 to 56°C min-1 at applied voltages of 30 to 105 V, respectively, during the first minute of heating. Furthermore, the cooling rates are slightly slower and vary from -2.8 to -50°C min-1 at applied voltages of 30 to 105 V, respectively, during the first minute of cooling.
El aumento del potencial aplicado condujo a un aumento de la corriente que pasa a través de la muestra y, por lo tanto, a un mayor flujo de calor durante el calentamiento transitorio de las muestras, lo que se traduce en mayores tasas de calentamiento-enfriamiento con el aumento de la tensión aplicada.Increasing the applied potential led to an increase in the current passing through the sample and therefore to a higher heat flux during transient heating of the samples, resulting in higher heating-cooling rates. with increasing applied voltage.
Adicionalmente, las muestras sometidas a una tensión aplicada más alta tardaron más tiempo en alcanzar un perfil de temperatura estable (de 5 a más de 20 minutos a tensiones aplicadas de 30 a 105 V, respectivamente). Esto es debido al mayor intercambio de calor con el entorno. En la Figura 2 se muestra la imagen de infrarrojos de la distribución de la temperatura durante el calentamiento resistivo sobre la muestra del ejemplo. Se puede observar que el calentamiento fue muy homogéneo en la muestra para cada voltaje aplicado con una desviación máxima de temperatura de 15°C en las muestras que alcanzaron una temperatura media cuasi-estable de 180°C (es decir, las sometidas a 105 V). Por lo tanto, se observó que el material compuesto presentaba muy buena capacidad de calentamiento resistivo por efecto Joule con una distribución homogénea de la temperatura.Additionally, samples subjected to a higher applied voltage took longer to reach a stable temperature profile (from 5 to more than 20 minutes at applied voltages of 30 to 105 V, respectively). This is due to the greater heat exchange with the environment. The infrared image of the temperature distribution during resistive heating on the example sample is shown in Figure 2. It can be seen that the heating was very homogeneous in the sample for each applied voltage with a maximum temperature deviation of 15°C in the samples that reached a quasi-stable average temperature of 180°C (i.e., those subjected to 105 V ). Therefore, it was observed that the composite material had very good resistive heating capacity due to the Joule effect with a homogeneous temperature distribution.
A continuación, se empleó este material en un ensayo para la monitorización de la deformación y el daño a través del método de la presente invención.Next, this material was used in a test to monitor deformation and damage through the method of the present invention.
En la Figura 3 se muestra la evolución de la monitorización de la deformación y el daño durante el ensayo de tracción a través de imágenes de cámaras térmicas de infrarrojo. Figure 3 shows the evolution of monitoring deformation and damage during the tensile test through images from infrared thermal cameras.
Adicionalmente, en las Figuras 4 y 5 se muestra su correlación con el rendimiento mecánico y el perfil de temperatura para las diferentes condiciones.Additionally, Figures 4 and 5 show its correlation with the mechanical performance and the temperature profile for the different conditions.
Se puede observar que el método permite detectar el inicio temprano de grietas a cualquier temperatura (punto 4 de la Figura 3). Además, la propagación de la grieta promueve una interrupción repentina de la red eléctrica que se refleja en una pérdida repentina de conductividad eléctrica y, por tanto, en una disminución prominente de la corriente medida.It can be seen that the method allows detecting the early onset of cracks at any temperature (point 4 of Figure 3). Furthermore, crack propagation promotes a sudden interruption of the electrical network that is reflected in a sudden loss of electrical conductivity and, therefore, in a prominent decrease in the measured current.
Esta repentina disminución de la conductividad eléctrica no es uniforme en la muestra, siendo más predominante en las zonas donde la ruptura de los caminos conductores es más significativa. Por lo tanto, esta alteración se refleja en una disminución de la temperatura más prevalente en las zonas dañadas en comparación con las zonas ausentes de fallo. Por estas razones, este método permite tener un mapa completo de la propagación de la grieta durante el ensayo (puntos 5 a 8 de la Figura 3).This sudden decrease in electrical conductivity is not uniform in the sample, being more predominant in the areas where the rupture of the conductive paths is more significant. Therefore, this alteration is reflected in a more prevalent decrease in temperature in damaged areas compared to areas without failure. For these reasons, this method allows having a complete map of the crack propagation during the test (points 5 to 8 of Figure 3).
Además, comparando las imágenes de la Figura 3 y el perfil de temperatura normalizado (Figura 5), Tn, estimado a partir de la temperatura inicial de la muestra, T0 y la temperatura ambiente, el Tamb, es decir TN=(T0-T)/(T0-Tamb) , se puede observar que el descenso de la temperatura durante la propagación de la grieta es más prevalente en el caso de las condiciones de baja temperatura inicial (Figura 5), debido a una propagación más rápida de la grieta, como se ha dicho antes en el análisis mecánico. Más concretamente, las muestras a 120°C, que presentaron la propagación de grieta más lenta, también mostraron la menor variación relativa de la temperatura tras el inicio del daño (representación de cuadrados (120°C) de la Figura 5). Por lo tanto, aunque las muestras a 40°C mostraron la menor sensibilidad térmica antes de la iniciación de la grieta, mostraron la mayor sensibilidad una vez que la grieta se propagó, mientras que las muestras a 120°C mostraron el comportamiento opuesto.Furthermore, comparing the images in Figure 3 and the normalized temperature profile (Figure 5), T n , estimated from the initial sample temperature, T 0 and the ambient temperature, the Tamb, i.e. TN=(T 0 -T)/(T 0 -Tamb), it can be observed that the decrease in temperature during crack propagation is more prevalent in the case of low initial temperature conditions (Figure 5), due to a more rapid cracking, as mentioned before in the mechanical analysis. More specifically, the samples at 120°C, which exhibited the slowest crack propagation, also showed the smallest relative variation in temperature after the onset of damage (square representation (120°C) in Figure 5). Therefore, although the samples at 40°C showed the lowest thermal sensitivity before crack initiation, they showed the highest sensitivity once the crack propagated, while the samples at 120°C showed the opposite behavior.
A partir del mapeo térmico de las muestras, es posible estimar la extensión del daño. En este sentido, las Figuras 6 y 7 muestran la evolución de la grieta en dos casos diferentes: el primero, correlativo a una propagación de la grieta en una zona localizada, que se refleja en una disminución brusca de la temperatura en la región dañada (Figura 6) pero una disminución menos drástica de la temperatura media global de la muestra debido a la naturaleza localizada del daño. Además, existe una diferencia significativa entre la temperatura media de la temperatura global de la muestra y la temperatura en la región donde se inicia la grieta. From the thermal mapping of the samples, it is possible to estimate the extent of the damage. In this sense, Figures 6 and 7 show the evolution of the crack in two different cases: the first, correlative to a propagation of the crack in a localized area, which is reflected in a sudden decrease in temperature in the damaged region ( Figure 6) but a less drastic decrease in the global mean temperature of the sample due to the localized nature of the damage. Furthermore, there is a significant difference between the mean temperature of the overall temperature of the sample and the temperature in the region where the crack initiates.
Por otro lado, el segundo caso se refiere a una propagación global de la grieta a través de la región central de la muestra. En este caso, los perfiles de temperatura tanto de la región dañada como de la muestra en general presentan un comportamiento similar debido a la naturaleza global del daño (Figura 7). Por lo tanto, este método permite obtener información muy detallada sobre cómo se inicia el daño en las muestras, así como la forma en que se propaga, ayudando a entender mejor los mecanismos de propagación de grietas en los materiales.On the other hand, the second case refers to a global propagation of the crack through the central region of the sample. In this case, the temperature profiles of both the damaged region and the sample in general present a similar behavior due to the global nature of the damage (Figure 7). Therefore, this method allows obtaining very detailed information about how damage begins in the samples, as well as the way in which it propagates, helping to better understand the mechanisms of crack propagation in materials.
Por lo tanto, este novedoso método proporciona información global y detallada de la salud de la estructura de materiales compuestos con una sensibilidad muy alta.Therefore, this novel method provides comprehensive and detailed information on the health of the composite structure with very high sensitivity.
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