Analysis of the Structural Integrity of Composites Through Fractal Characterization of Acoustic Emission Signals

Neste trabalho analisou-se a integridade mecÃnica do material compÃsito constituÃdo por uma matriz polimÃrica, resina epoxi DER 331, e por fibra de vidro tipo âEâ como agente de reforÃo. Esta anÃlise foi realizada utilizando-se o ensaio de emissÃo acÃstica, com o objetivo de correlacionar as formas de onda dos sinais com os mecanismos de falhas associados aos esforÃos de traÃÃo e flexÃo aplicados a espÃcimes fabricados com tal material. Na anÃlise dos sinais como funÃÃo do tempo foram utilizados os mÃtodos de contagem de caixas, que fornece a dimensÃo fractal, e o do intervalo re-escalado de Hurst, sendo tambÃm utilizado o mÃtodo espectral de Fourier para a anÃlise no domÃnio da freqÃÃncia. Mostrou-se que os expoentes calculados pelos mÃtodos espectral de Fourier e re-escalado de Hurst estÃo correlacionados com a dimensÃo fractal obtida pelo mÃtodo de contagem de caixa, e satisfazem as relaÃÃes previstas pelas leis de escala. Os resultados mostraram tambÃm a existÃncia de duas regiÃes de escala distintas, sendo uma caracterizada pela persistÃncia do sinal e outra por um comportamento aleatÃrio caracterÃstica do ruÃdo presente. As dimensÃes fractais obtidas apresentaram-se independentes da taxa de aquisiÃÃo da forma da onda emitida indicando a propriedade de auto-similaridade dos sinais estudados, o que confirma a sua caracterÃstica fractal. Finalmente, Ã conjecturado uma correlaÃÃo entre o coeficiente de Hurst/dimensÃo fractal e as falhas mecÃnicas observadas.In this work it is analysed the mechanical integrity of the composite material constituted of a polymeric matrix, epoxy resin DER 331, reinforced by glass fiber type E. This analysis has been done by using the acoustic emission testing with the aim to correlating the wave-form of the pulse with the flaw mechanisms associated to the tensile and bending loads applied to the samples. The analysis of the pulses as a function of time has been made by using box counting method, which provides the fractal dimension, and the rescaled Hurst analysis. The analysis in the frequency domain has been made by using the spectral Fourier method It has been shown that the exponents obtained from the spectral Fourier method and the rescaled Hurst analysis are correlated to the box counting fractal dimension, and satisfy the known relations obtained from the scaling laws. The results have also shown the existence of two scaling regions, characterized by the persistence of the pulse and by a random behaviour, respectively. The fractal dimensions have also been shown to be independent of time acquisition of the emitted pulse, and this indication of self-similarity confirms its fractal characteristics. Finally, it is conjectured a correlation between the Hurst coefficient/fractal dimension and the mechanical flaws observed