بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله از 8 نمونه کامپوزیتی استفاده شده است که هریک تحت انرژی هایی ناشی از نیروی اعمال شونده توسط دستگاه تست ضربه قرار گرفته و داده های فراصوتی آن توسط نرم افزار ولن و متلب تحلیل گردیده است. این اطلاعات به دو صورت پارامتری و شکل موج در سیستم ثبت می گردد. در تحقیق حاضر فرکانس 1 مگاهرتز برای نمونه برداری انتخابشده و درنتیجه تحلیل فرکانسی دادهها صرفاً تا مقدار 500 کیلوهرتز ممکن میباشد. در این مقاله اطلاعات بیشتر از دامنه 35,5 دسیبل برای بررسی انتخاب و نتایج بهدستآمده گزارش میشود؛
از تبدیل موجک برای بررسی دادههای خام و تفکیک نویزهای موجود در سیگنال نیز استفاده می شود. پس از انجام این مرحله بر روی هر یک از تقسیمات بهدستآمده تبدیل فوریه اعمال شده تا نتایج آن در فضای فرکانس نیز قابلمشاهده و بررسی باشد. میانگین انرژیهای موجود درهشت بخش تقسیم بندی می گردد و با توجه به درصدهای بدست آمده میتوان دستههای تاثیرگذار اصلی را در مکانیزم های آسیب نظیر ترک ماتریس، جدایش بین لایه ای و شکست الیاف شناسایی و طبقه بندی کرد.
1 -مقدمه
تاریخچه عملی استفاده از روش فراصوتی در زندگی روزمره به هزاران سال قبل بازمیگردد. صدای تولیدشده حین بکار بردن ابزار، یا لوازم مورداستفاده نشانه وارد شدن آسیب به آنها و هشداری برای کاربر بوده است در سالهای ابتدایی قرن بیستم بسیاری از محققان بر روی این صداهای تولیدی در مواد مختلف ازجمله قلع تحقیق کردند. باوجود انجام تحقیقات و آزمایشهایی توسط محققین آلمانی و محققان دیگر درزمینهی مطالعه امواج منتشرشده در ماده حین بارگذاری و همچنین تحقیقات مربوط به پدیده میکرولرزه در علم زمینشناسی که مشابه فراصوتی است، اکثر منابع آغاز این روش بهصورت کنونی را به سال 1950 و آزمایش ها و مقاله منتشرشده توسط کیسر1 ارجاع داده و وی بهعنوان پدر علم فراصوتی شناخته میشود.
کیسر نمونههای مختلف مواد را بهمنظور بررسی امواج منتشرشده از آنها، محتوای فرکانسی امواج تولیدشده و ارتباط نمودار تنش کرنش با فرکانسهای تولیدی تحت آزمایش کشش قرار دارد.[3] امواج ذکرشده امواج الاستیک آنی هستند که در اثر آزاد شدن یکباره انرژی کرنشی در اثر پدیدههایی مانند ایجاد و رشد ترکها، جدا شدن ساختار در ابعاد کوچک و جابجایی بین ساختارهای مختلف ماده به وجود میآیند. امواج ایجادشده با سرعت امواج صوتی و در بازه فرکانسی چند کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز - از محدوده قابل شنوایی برای انسان تا فراصوت - در درون ماده منتشر میشوند. امواج منتشرشده میتوانند شامل امواج مختلف طولی، عرضی، امواج سطحی، بازتابی و هدایتشده باشند. با قرار دادن حسگرهایی در سطح ماده - مانند حسگرهای پیزوالکتریک - که حرکت ناشی از انتشار موج را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند میتوان امواج منتشرشده را ثبت کرد.
مهمترین مزایا این روش عبارتاند از:
امکان نظارت حین بارگذاری، نظارت پیوسته، وابسته به جهت نبودن، ارزیابی سریع و جامع، مناسب برای استفاده از راه دور، قابلاستفاده در مراحل مختلف ساخت و بهرهبرداری، امکان استفاده برای اکثر مواد. [4] محدودیتهای عمده این روش عبارتاند از:
· عیوبی که حین تست به وجود نیامده یا رشد نکنند قابلشناسایی نیستند.
· تئوریهای ارزیابی به صورت رایج و مانند روشهای دیگر موجود نیستند، بنابراین ارزیابی نهایی بسیار وابسته به سطح مهارت و تجربه کاربر دارد.
· ملاحظاتی که میبایست در مورد مکانیابی عیب انجام شود، بهطور مثال عوامل مختلفی میتوانند موجب بروز خطا در این زمینه شوندکه تجربه و شناخت کاربر برای لحاظ داشتن این عوامل و کنترل آنها ضروری است. مهمترین حوزههای بهکارگیری این روش عبارتاند: [2]
· بررسی رفتار مواد
· تستهای غیرمخرب حین فرآیند تولید
· نظارت بر سازه
· کاربردهای ویژه - نظارت بر خطوط نفت و ...، شناسایی محل نشت، نظارت بر نیروگاهها مانند نیروگاههای هستهای و ...، نظارت بر سازههای هوایی و فضایی و شناسایی عیوب، مخصوصاً ترکها، خوردگی و... . - اطلاعات بیشتر درباره سیستمهای نوین، مشخصات حسگرها و ... و توضیحات دقیقتر درباره نحوه استفاده و چالشهای موجود در روش امواج فراصوت در منابع [1] تا [5] در دسترس است.
- 2 مدل سازی مسئله
بهصورت کلی دو نوع سیگنال در این روش ثبت میشود. سیگنالهای آنی و سیگنالهای پیوسته. شکل 1 سیگنال انتشار فراصوتی را نمایش میدهد. اکثر مفاهیم و روشهای انتشارفراصوتی بر مبنای سیگنالهای آنی بهینه شده اند؛ بااین حال سیگنالهای پیوسته در اثر انتشار پایدار و پیوسته امواج به دلیل ایجاد سریع و پیدرپی از طرف منبع ایجاد میشوند. دادههای حاصل از تست انتشارفراصوتی به دو صورت پارامتری و شکل موج ذخیره میشوند. در روش پارامتری تنها پارامترهای مهم سیگنال بهصورت مستقیم از سیگنال اصلی اخذ و ذخیره میشوند درنتیجه بازسازی مجدد سیگنال و انجام تحلیلهای دیگر در این روش غیرممکن است. اما در روش شکل موج، سیگنال تولیدشده بهصورت کامل ثبت و برای تحلیلهای مختلف در دسترس است.
مهمترین پارامترهای مورداستفاده در انتشارفراصوتی در یک هیت عبارتاند از :
دامنه: بیشینه ولتاژ خروجی از حسگر برحسب میلیولت یا دسیبل. مدتزمان:1 طول بازه زمانی که یک سیگنال از آستانه فراتر رفته تا زمانی که اثرات آن ناپدید شودزمان خیز:2 مدتزمان بین آغاز ثبت سیگنال تا وقوع دامنه بیشینه.از این پارامتر معمولاً برای شناسایی منشأ آسیب و تفکیک سیگنالها استفاده میشود.
انرژی:3 این پارامتر در منابع مختلف بهصورت متفاوتی تعریف میشود اما معمولاً بهعنوان مساحت زیر سیگنال اصلاحشده تعریف میگردد. به دلیل اینکه انرژی بهطور همزمان متأثر از دامنه و مدتزمان وقوع بوده و کمتر به فرکانس کاری و آستانه تعیینشده وابسته است معمولاً بهعنوان مرجعی برای اندازهگیری بزرگی و تأثیر رویداد اصلی استفاده میشود.
در امواج و پارامترهای ثبتشده نهایی نهفقط مکانیزم اصلی ایجادکننده، بلکه مسیر طی شده، خصوصیات محیط و سیستم شناسایی و ثبت نیز تأثیرگذارند. بهعنوان یک مثال ساده میرا شدن امواج براثر طی مسیر در درون ماده میتواند موجب شود بسیاری از رویدادهای آکوستیکامیشن به حسگر نرسیده و ثبت نشوند. ازاین رو شناخت دقیق عوامل مؤثر بر سیگنال ثبتشده بهمنظور جلوگیری از تأثیرگذاری آنها بر تحلیل نهایی امری حیاتی است. یکی از این عوامل تأثیرگذار، خصوصیات انتشار موج است. ازجمله این خصوصیات میتوان به بازتاب - بازگشت قسمتی از موج پس از برخورد با مرز - ، شکست - تغییر مسیر موج حین عبور از یک محیط به محیط دیگر - ، پخش شدن، میرایی و ... اشاره کرد. عامل دیگر تأثیرگذار بر اطلاعات ثبتشده دریافت امواج ثانویه و ثبت آنها در میان اطلاعات اصلی است. بهصورت دقیقتر به این اطلاعات ثانویه ناخواسته نویز میگویند.
- 3 بیان مسئله
در این تحقیق نمونه های مختلفی از کامپوزیت ها ی آسیب دیده توسط ضربه به روش انتشار امواج فرا صوتی برسی میگردد و مکانیزم های خرابی آنها دسته بندی میگردد.بهمنظور نیل به هدف اشارهشده نمونههای کامپوزیتی از جنس کربن اپوکسی بررسیشده است. نمونههای مذکور بهوسیله روش قالبگیری با انتقال رزین تولید و از 13 لایه الیاف بافت ساده کربن 4 و رزین اپوکسی تشکیلشده اند. نمونهها پس از تولید 12 ساعت در دمای اتاق و 4 ساعت در دمای 70 درجه سانتیگراد پختهشدهاند پس از فرآیند ساخت 8 نمونه با ابعاد 180×60×3,4 میلی مترو یک نمونه با ابعاد 180×60×5 میلیمتراز نمونههای تولیدشده جدا شدهاست. 8 نمونه مورداستفاده به 4 گروه 2 عضوی تقسیمشده، و به ترتیب تحت برخوردهایی5 با انرژی 5، 12,5 و 25 ژول قرارگرفتهاند؛
دسته آخر تحت ضربه قرار داده نشده است و تاثیرگذار اصلی شناسایی کرد. همانطور که پیشتر مشخص شد این یک نمونه دیگر با عرض 5 میلی مترموجود نیز تحت برخوردی با دستهها در بازه فرکانسی 80 تا 180 کیلوهرتز برای دسته دوم و سوم 12,5 ژول قرار گرفته است. سپس هر یک از نمونههای ضربه خورده و 200 تا 300 کیلوهرتز برای دسته های چهارم و پنجم قرار دارند. تحت تست خمش 4 نقطهای با استاندارد مشخص، نسبت دهانه به جدول2 برخی از مهمترین تحقیقات انجام شده در زمینه عمق 23:1 و سرعت کراس هد 2,5 میلیمتر بر دقیقه قرارگرفته و کامپوزیت های اپوکسی کربن و بازههای تعیین شده توسط هریک را اطلاعات انتشارفراصوتی آن توسط دستگاه 4 کاناله اندازه گیری شده نمایش می دهد.
بر طبق گروهی از این تحقیقات میتوان این گروهها که در این پروژه از دو کانال آن و بهوسیله دستگاه ولن ثبتشده است. را به صورت گروه دوم، ترک ماتریس، گروه سوم جدایش بین لایه ای
سیستم مذکور به مدت 30 دقیقه بدون تست مکانیکی در محیط و گروه چهارم و پنجم شکست الیاف طبقه بندی کرد. . با اینحال با قرارگرفته و میزان آستانه اندازه گیری 6 دسیبل بالاترازسیگنالهای توجه به دسته دیگر تحقیقات علی الخصوص مراجع [9] ،[7]و [6]که ثبتشده - 29,5دسیبل - ، 35,5 دسیبل تعیینشده است. اطلاعات در آنها به آزمایش نمونههای خالص اپوکسی و تک الیاف پرداخته شده بیشتر در مورد جزییات تست انجامشده در مرجع موجود است.
شکل و فرکانس 500 کیلوهرتز برای شکست الیاف گزارش شده است و با 2 تاثیر ضربات وارد شده بر ظاهر کامپوزیتهای مورد بررسی را بررسی اکثر نمودارهای تبدیل موجک پیوسته در ایندکسهایی که نمایش میدهد. بهمنظور تحلیل دقیقتر روش تبدیل موجک برای درصد مربوط به بخش هشتم در آنها بیشتر از سایر بخشها است بهکارگیری در این پروژه انتخاب شده است. شرکت تولیدکننده مشخص میشود که بهصورت کلی 3 پیک فرکانسی 200 -100الی تجهیزات آکوستیکامیشن، ولن، نرمافزار مجزا و رایگانی برای تحلیل 500 - 300 کیلوهرتز برای نمونههای آزمایششده وجود دارد. به موجک منتشر کرده است.
نرمافزار مذکور توانایی تحلیل جداگانه و صورت لحظهای بروز پیدا کرده و به دلیل ثبت شدن در تنها چند نمونه محدود - به دلیل فرکانس نمونه برداری - میزان میانگین برای آنها در جدول 1 محدود میباشد. با در نظر گرفتن مجموع این عوامل در پروژه حاضر دستههای 2و 3 به ترک ماتریس، دستههای 4، 5 به شکل2 تأثیر ضربات بررو و پشت نمونهها الف - 5 ژول3,4 میلیمتر ب - 12,5 ژول3,4 میلیمتر ج - 25 ژول3,4 میلیمتر د - 12,5 ژول5 میلیمتر تکبهتک ایندکسها و سیگنالهای ثبتشده را با اعمال تبدیل موجک پیوسته دارد، بااینحال تست انجامشده بر روی هر یک از نمونهها شامل بیش از هزار سیگنال ثبتشده مجزا است.
پس از انجام این مرحله بر روی هر یک از تقسیمات بهدستآمده تبدیل فوریه اعمال شده تا نتایج آن در فضای فرکانس نیز قابل مشاهده و بررسی باشد. شکل 3 نتایج حاصل از اعمال تبدیل فوریه همان سیگنال را نمایش میدهد. جدول 1 میاگین انرژی های موجود در هردسته را نمایش میدهد به منظور ارزیابی مناسب لازم است تا به میانگین انرژیهای موجود در هر دسته نیز توجه شود. با توجه به درصدهای بدست آمده میتوان دستههای 2، 3، 4 و 5 را به عنوان دستههای
