بخشی از مقاله
چکیده
وجود عیب در اتصالات چسبی یک مسئله مهم در ساخت سازهها بهخصوص سازههایی حساسی همچون هواپیما هست که اتصالات چسبی کاربرد فراوانی در آنها دارد. به همین منظور در پروژه حاضر سعی شده است تا به کمک شبیهسازی المان محدود و با استفاده از آزمون غیر مخرب امواج مافوق صوت لمب اثرات شکل عیب بر موج عبوری از اتصال شناسایی و شاخصی مناسب برای شناسایی شکل عیوب موجود در اتصالات چسبی معرفی گردد. پسازآن سیگنالهای دریافتی جهت یافتن ویژگی به نام شاخص عیب، برای تفکیک ازنظر شکل پردازش میگردند. نتایج بهدستآمده نشان میدهد که روش بازرسی غیر مخرب اتصالات چسبی به کمک امواج هدایتشده لمب قابلیت شناسایی عیوب اینگونه از اتصالات را داشته و میتواند شکل این عیوب را به شکلی صحیح از سیگنال دریافتی شناسایی نماید.
1. مقدمه
در چند سال اخیر اتصالات چسبی به دلیل مزیتهایی همچون توزیع یکنواخت تنش در اتصال، امکان اتصال مواد غیرمشابه، عدم ایجاد آسیب در هنگام اتصال و .. در صنایع بزرگی چون صنعت خودروسازی و هوافضا بسیار کاربرد پیدا نمودهاند. نمونههایی از اتصالات چسبی در هواپیما مانند تقویتکنندههای بال، اتاقک هواپیما، مخزن سوخت و ... در شکل - 1 - نشان دادهشده است. یکی از عوامل اصلی به وجود آورنده محدودیت در کاربرد اتصال امن چسبی محدودیت در آزمون غیر مخرب1 این اتصالات است.
آزمونهای مافوق صوت2 یکی از روشهای آزمون غیر مخرب هستند که دستهای از آنها آزمون مافوق صوت به کمک امواج هدایت 3 شده میباشند. در این آزمون امواج هدایتشده در ورق بهصورت موج لمب منتشر میشوند. با انتشار موج لمب در ورق و سپس دریافت موج عبوری یا بازتابی از عیب و پردازش آن میتوان اطلاعاتی در مورد عیب به دست آورد. روش اتصالات چسبی بهطور گستردهای در اتصال ساختارهای صفحه مانند استفاده میشوند.
موج هدایتشده که به مرزهای آزاد موازی دو صفحه بستگی دارد، برای اولین بار توسط لمب[1] 4 آنالیز شده و به نام موج لمب شناخته میشود. کالی5 و الین[2] 6 در آزمایشات خود به یکی از مهمترین ویژگیهای امواج لمب دست یافتند که آن توانایی انتشار این امواج در مسافتهای طولانی و توانایی بازرسی نواحی بزرگ هست که این خاصیت موجب کاهش هزینههای آزمودن سیستم میگردد.
برای به کار بردن موفقیتآمیز این روش، به مد تحریک مناسب نیاز است؛ مدی که در فرکانسی در ناحیههای بدون پراکندگی ایجاد شود. پیلارسکی7 و رز[3] 8 معیار انتخاب مد را بر اساس تغییر منحنی دیسپرژن9 و توزیع جابجایی پیشنهاد میدهند. باید اشاره نمود که انتخاب مد نبایدصرفاً به منحنی دیسپرژن بستگی داشته باشد. بنابراین توزیع جابجایی و توان، در مقطع موردبررسی قرار گرفت و معیار ترکیب جابهجایی و جریان توان در همسایگی فصل مشترک ارائهشده است.
انتخاب شاخصی مناسب جهت ایجاد تمایز بین اتصالی مناسب و قابلاعتماد بااتصالی دارای عیب امری مهم در کارا بودن یک سیستم بازرسی است که موردبررسی محققان بسیاری در حوزه امواج لمب ازجمله سینگر 1 و همکارانش [4] قرار گرفته است. این محققین پیشنهاد دادند که سرعت انتشار موج میتواند بهعنوان یک شاخص از مشخصه مواد در لایه چسب باشد. پسازآن، سرعت موج هدایتشده و تفاوت در مشخصه فرکانسی جهت ایجاد تمایز در شرایط اتصالات مختلف موردبررسی قرار گرفت. حالتهای مختلف چسبندگی توسط رز2 و دیتری[5] 3 با استفاده از هر دو حالت بفرست بگیر 4 و عبوری5 بازرسیشدهاند. در آزمایشات آنها تفاوت دامنه بین اتصال خوب و بد بیش از ٍِ دسی بل6 است، که هم ویژگی مناسب جهت تفکیک آنها هست و هم بیانگر میزان کارآمدی این روش در بازرسی اتصالات چسبی است.
همچنین محققین سعی نمودند تا با استفاده از روش المان محدود 7 به بهبود بازرسی اتصالات چسبی بپردازند. با استفاده ازاینروش لوو[6] 8 انتقال امواج لمب را در سراسر منطقه اتصالی موردمطالعه قرار داده است. سه مد s0، a0 و a1 در نظر گرفتهشده و ضرایب انتقالی از نتایج شبیهسازی محاسبه گردیدهاند. پوتیلاس9 و همکارانش [7] نیز هر دو تحلیل تجربی و آنالیز المان محدود را جهت مطالعه عامل بازتاب موج لمب در سراسر محدوده اتصالی انجام دادهاند.
عامل بازتاب در مقابل منحنیهای فرکانسی روندی مشابه را برای هر دو روش به نمایش میگذارند. این نتایج میتواند بهعنوان یک راهنما برای انتخاب مد استفاده شوند. هدف از انجام پروژه حاضر نیز شبیهسازی آزمون امواج مافوق صوت به کمک امواج هدایتشده لمب در شناسایی عیوب اتصالات چسبی در نمونههای مختلف آلومینیومی است تا بتوان با شناخت کامل اثرات عیوب موجود بر مشخصات موج دریافتی، شاخصی مناسب برای شناسایی عیوب اتصالات چسبی معرفی نمود.
2. اصول حاکم بر انتشار موج ورقی ×
در اکثر مواد جامد و سیال، سرعت انتشار موج به خواص فیزیکی و مکانیکی ماده مانند: چگالی ضریب الاستیک10 بستگی دارد. در فلزات سرعت موج مستقل از فرکانس است. در قطعاتی که از هندسه خاصی برخوردارند مانند ورقها و پوستهها سرعت انتشار تابعی از فرکانس و ضخامت است. درنتیجه امواج سینوسی باهم ترکیب میشوند و بهصورت یک دسته موج در ماده حرکت میکنند. به این پدیده دیسپرژن میگویند. به قطعاتی که این امواج در آن منتشر میشوند محیط دیسپرسیو11 میگویند.
سرعت فاز: - Cp - 12 سرعتی که امواج با آن حرکت میکنند. سرعت فاز نام دارد.
سرعت گروه: - Cg - 13 سرعتی که دسته امواج سینوسی بهصورت بسته موج در ماده حرکت میکنند سرعت گروه نام دارد .[8] که با توجه به روابط حاکم سرعت فاز به شکل زیر محاسبه میگردد.
