بخشی از مقاله
چکیده
عیب یابی در لولهها و مخازن کامپوزیتی از اهمیت ویژهای برخوردار است. از عیوب رایج این نوع ساختارها، اتصال چسبی معیوب را میتوان نام برد. یکی از روشهای غیرمخرب شناسایی این عیوب، آزمون فراصوتی است که یکی از مهمترین اجزای آن تراگذار - transducer - فراصوتی است. انتخاب تراگذار مناسب یک عامل مهم در بازرسی اتصالات چسبی است زیرا تراگذار وظیفه ارسال و دریافت امواج را به عهده دارد.
با استفاده از روش اجزاء محدود میتوان سیگنالهای ارسالی و دریافتی یک تراگذار و چگونگی انتشار موج در ماده را شبیهسازی کرد و بر این اساس خصوصیات مناسب برای تراگذار را بدست آورد. در این مقاله، عیبیابی اتصال چسبی بین ورق آلومینیوم و لایه کامپوزیت توسط نرمافزار اجزاء محدود آباکوس شبیهسازی شده است. قطعه مورد نظر شامل سه لایه آلومینیوم، چسب و کامپوزیت و تراگذار فراصوتی شامل بلوره پیزوالکتریک و ماده پشتی در نظر گرفته شده است.
به منظور بررسی تاثیر وجود عیب، دو مدل اتصال چسبی سالم و معیوب شبیهسازی شده است. تاثیر ماده پشتی تراگذار در سیگنالهای دریافتی بررسی و تراگذار مناسب برای بازرسی قطعه مورد نظر انتخاب شده است. نمونهای از تراگذار های طراحی شده ساخته شد و سیگنالهای حاصل از آزمایش با نتایج شبیهسازی مقایسه شدند. نتایج آزمایش و شبیهسازی از تطابق قابل قبولی برخوردار بودند.
مقدمه
رشد علم و پیشرفت فناوری باعث پیچیده شدن صنایع و سازهها شده است. این پیچیدگی بر ارزشمندی آنها از نقطه نظر کارایی و ارزش علمی افزوده است. از سوی دیگر، خرابی یک سازه افزون بر هزینهی خود سازه با هزینههای جانبی دیگری نیز همراه است که گاه بسیار بیشتر و با اهمیتتر از هزینهی مستقیم سازه است. متخصصان میکوشند تا حد ممکن از بروز چنین حوادثی جلوگیری کنند. در صنایع گوناگون، اتصال ورقهای آلومینیومی و کامپوزیتی کاربرد فراوانی دارد.
معمولا این اتصالات در اثر عوامل مختلف دچار عیب میشوند که اتصال چسبی1 معیوب یکی از رایجترین عیوب در این نوع ساختارها است. با توجه به حساسیت این ساختارها، عیبیابی آنها از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این میان آزمونهای غیرمخرب2 به عنوان ابزاری مفید جهت ارزیابی قطعات محسوب میشوند. ویژگیهایی همچون عدم آسیب رساندن به قطعه، زمان کوتاه بازرسی، اطمینان از نتایج بازرسی و امکان استخراج اطلاعات گوناگون از قطعه، سبب توسعهی چشمگیر این روشها در صنایع شده است.
از جمله مهمترین کاربردهای این آزمونها میتوان به ارزیابی غیرمخرب عیوب قطعات اشاره کرد. برای انجام آزمونهای غیرمخرب روشهای گوناگونی وجود دارد که آزمون فراصوتی3 یکی از مهمترین آنهاست. انتخاب تراگذار4 مناسب در انجام صحیح آزمون فراصوتی و تامین هدفهای مورد نظر در انجام آزمون اهمیت دارد. نیاز به تراگذارهای مناسب برای بهبود آزمایشها، استفاده از ابزارهای شبیهسازی را لازم میسازد تا به کمک آنها بتوان مدلی قابل اعتماد از رفتار دستگاهها فراهم ساخت.
روش اجزاء محدود یکی از پرکاربردترین روشهای مدلسازی عددی مسائل مهندسی است که در شبیهسازی انتشار امواج و تراگذارهای فراصوتی نیز مورد استفاده قرار میگیرد. در این روش تنها با تغییر پارامترهای نرمافزار میتوان شرایط مسئله را بررسی و معیارهای مناسب را تعیین کرد.
مطالعات اولیه در این زمینه برای تعیین ضریب بازتابش موج در لایهها توسط روخلین و وانگ - 1991 - و گایوت و کاولی - 1988 - و نیز استفاده از تئوری انتشار موج در ورقها برای عیبیابی اتصالات توسط لاو و کاولی - 1994 - انجام شده است. سگال و رز - 1980 - و پیلارسکی - 1985 - نیز در مطالعات دیگری به بررسی عوامل موثر بر انتشار موج و عیبیابی پرداختهاند.
در زمینه روشهای تجربی شناسایی اتصالات چسبی نیز کارهای متعددی انجام شده که هر یک محدودیتی داشته است مانند عدم توانایی در بازرسی قطعات بزرگ - رز و میر، - 1973، عدم کاربرد در ضخامتهای کم - رابینسون، درینکواتر و آلین، . - 2003 در جدیدترین کار انجام شده توسط هنرور و سپهری خامنه - 2014 - از روش غوطه وری حباب ساز استفاده شده که محدودیتهای روشهای قبلی را برطرف کرده است.
در زمینه کاربرد اجزاء محدود در عیبیابی اتصالات با استفاده از امواج هدایت شده5 نیز میتوان به مطالعات لاو، چالیس و چان - 2000 - ، سفرید، جاکوبز و ژو - 2002 - و هوستن و کستینگز - 2005 - اشاره کرد که عوامل مختلف تاثیرگذار را بررسی کردهاند. در زمینه عیبیابی اتصالات با استفاده از امواج طولی و با کمک روش اجزاء محدود که بیشترین ارتباط را با این مطالعه دارد نیز میتوان به مطالعات دریابر، فرزین و کوهستانی - 2011 - در شبیهسازی انتشار امواج فراصوتی در اتصال ورق کامپوزیت و آلومینیوم اشاره کرد. در این کار نیروی معادل تراگذار به جای خود تراگذار شبیهسازی شده تا سادهسازی انجام شود.
اکثر کارهای انجام شده بر روی روش انجام آزمون، نوع موج تولید شده و قابلیتهای آنها در تشخیص این عیب بوده است.
