Experimental configuration to determine the real parameter β in PMMA and CFRP with the finite amplitude method

Abstract

Parameters to measure nonlinearity (nonlinear parameter β) in polymethylmethacrylate (PMMA) and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) materials have been determined with nonlinear ultrasound (NLUS). The nonlinear parameter β has been determined using the variation of the Finite Amplitude Method (FAM) with harmonic generation. Using this as a reference, it has been deducted the experimental configuration necessary to measure this nonlinear parameter in a correct and feasible way. Excitation level, frequency of the wave generated, number of cycles analysed and the distances transducer-specimen and specimen-hydrophone have been determined in both materials. The second contribution is a semi-analytical model that allows to obtain the real nonlinear parameter β in materials by removing water contribution and considering geometric and viscous attenuation, using the measures obtained in an immersion tank. Finally, an application of this model has been carried out in PMMA in order to determinate the real nonlinear parameter β in this material.

Los parámetros necesarios para medir la no linealidad (parámetro β) en materiales como polimetilmetacrilato (PMMA) y fibra de carbono (CFRP), han sido determinados utilizando la técnica de ultrasonidos no lineales. Se ha determinado el parámetro no lineal β usando el Método de Amplitud Finita con la generación de armónicos. Usando esto como referencia, se ha deducido la configuración experimental necesaria para medir el parámetro no lineal de una forma correcta y fiable. El nivel de energía, la frecuencia de la onda generada, el número de ciclos analizados y las distancias transductor-espécimen y espécimen-hidrófono han sido determinadas en ambos materiales. La segunda contribución es un modelo semi-analítico que permite obtener este parámetro no lineal en diferentes materiales, eliminando la contribución no lineal del agua y considerando las atenuaciones geométrica y viscosa, usando las medidas obtenidas en un tanque de inmersión. Finalmente, se ha llevado a cabo una aplicación con el material PMMA para determinar el parámetro no lineal β real de dicho espécimen.