Integrated and flexible ultrasonic transducers for structural health monitoring on aircraft structures

• Main Author: Liu, Wei Lin
• Other Authors: Cheng-Kuei Jen (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2010
• Subjects: Engineering - Electronics and Electrical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=97155

Fatigue crack initiating from fastener holes in aluminum plates is a typical damagefrequently found on modern aircraft structures. Requirements for life extension of agingaircraft fleets and reduced maintenance costs have been accelerating the developments ofstructural health monitoring (SHM) technologies. This thesis considers the active sensingapproach of SHM that involves the integrated ultrasonic transducer (IUT) and the flexibleultrasonic transducer (FUT). The main component of IUT and FUT was piezoelectriclead-zirconate-titanate composite films which were fabricated using the sol-gel spraytechnique. The crack growth monitoring capability of the IUT and FUT was successfullydemonstrated on aluminum plates with fatigue cracks. The artificial damages on analuminum test article representing aircraft structural complexity were also detected by theFUT array bonded on both planar and curved surfaces. Finally, the design and fabricationof miniature angle beam wedges having low spurious noise are presented. The fatiguecrack on an aluminum thin plate was detected using the FUT bonded onto such anglebeam wedges. === Les fissures dues à la fatigue du métal initiées aux trous de fixation dans lesplaques d'aluminium sont des problèmes communs dans les avions modernes. De plus,l'utilisation d'avions de plus en plus âgés et le besoin de réduire leurs coûts d'entretien àaccélérer le développement de la technologie de la surveillance de la santé structurelle(SSS) de ces derniers. Ce mémoire considère l'approche active de la SSS en incorporantla capacité des capteurs intégrés ultrasonores (CIU) et des capteurs flexibles ultrasonores(CFU). L'ingrédient principal des CIU et CFU est des films à base de plomb-zirconatetitanatequi sont fabriqués à partir de la technique sol-gel. La capacité des CIU et CFU àsurveiller la croissance des fissures sur des plaques d'aluminium fissurées par fatigue futdémontrée avec succès. Les défauts artificiels mis dans des échantillons de plaquesd'aluminium représentant la complexité structurelle furent également détectés par unematrice de CFU collée sur des surfaces plane et courbe. Finalement, la conception et lafabrication de coins d'angles miniatures ayant comme caractéristiques de faibles bruitsparasites sont présentées. Les fissures par fatigue sur de minces plaques d'aluminiumfurent détectées en utilisant les CFU collés sur de tels coins.