بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به کاربرد گسترده کامپوزیتها در ساخت مخازن و لولهها و خسارات ناشی از عدم تشخیص به موقع عیوب در این سازهها، عیبیابی مخازن و لولههای کامپوزیتی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. یکی از رایجترین عیوبی که ممکن است در این سازهها بوجود آید، عیب جدالایگی است که میتوان آنرا توسط آزمون غیرمخرب فراصوتی شناسایی نمود. در این روش با ارسال امواج فراصوتی به داخل قطعه و بررسی امواج بازگشتی، ساختار کامپوزیتی سازه مورد ارزیابی قرار میگیرد.
با توجه به خاصیت ذاتی کامپوزیتها که مستهلک کننده امواج فراصوتی هستند، استفاده از تراگذار - transducer - مناسب، که یکی از مهمترین اجزاء آزمون فراصوتی است، اهمیت بسیار زیادی دارد. در این مقاله، برای اولین بار فرایند طراحی تراگذار بهینه جهت انجام آزمون غیرمخرب فراصوتی برروی ساختار پلاستیک تقویت شده با رشتههای شیشه - GRP - که در ساخت مخازن کامپوزیتی کاربرد دارد با استفاده از معیار طول پالس مورد بررسی قرار گرفته است.
با توجه به پهنای باند و انرژی تراگذار فراصوتی، فرکانس مناسب برای پیزوالکتریک و امپدانس بهینه برای ماده پشتی و صفحه سایش انتخاب شده است تا تراگذار فراصوتی طول پالس مورد نیاز را دارا باشد. این تراگذار پس از طراحی ساخته شد و برای بازرسی قطعهای با عیب جدالایگی مورد آزمایش قرار گرفت . این تراگذار همچنین توسط نرمافزار اجزاء محدود آباکوس شبیهسازی شد که نتایج حاصل از دو روش تجربی و شبیهسازی انطباق خوبی با یکدیگر داشتند.
مقدمه
به دلیل خواص منحصر به فرد کامپوزیتها - استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و وزن کم - ، از این مواد برای ساخت سازههای گوناگون در صنایع مختلف از قبیل هوافضا، نفت و گاز، کشتیسازی و ... استفاده میشود. از جمله ساختارهایی که از مواد کامپوزیتی ساخته میشوند، مخازن و لولههای کامپوزیتی هستند که غالبا در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی کاربرد دارند. به دلیل اهمیت مخازن کامپوزیتی و همچنین خسارات جانی و مالی و حتی زیست محیطی که ممکن است به دلیل نشت مواد از داخل این مخازن به وجود آید، بازرسی آنها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.
مخازن کامپوزیتی توسط آزمونهای غیرمخرب گوناگونی از قبیل آزمون حرارتنگاری، آزمون فراصوتی و آزمون پرتونگاری مورد بررسی قرار میگیرند که آزمون فراصوتی، به دلیل دارا بودن ویژگیهای خاص، نسبت به دیگر روشها در اولویت قرار دارد. انجام آزمون فراصوتی برروی فلزات به دلیل استهلاک کم آنها بسیار آسانتر از ارزیابی ساختارهای کامپوزیتی است. ساختارهای کامپوزیتی به دلیل داشتن ساختار غیریکنواخت، ذاتا مستهلک کننده امواج فراصوتی هستند و انجام آزمون غیرمخرب فراصوتی برروی این مواد همواره با مشکلاتی روبرو بوده است.
محققان در طی سالهای اخیر تلاش بسیاری کردهاند تا انجام آزمون فراصوتی برروی این مواد را ممکن سازند. استون و کلارک - 1975 - با ایجاد ارتباط میان میزان استهلاک کامپوزیت و عیب ناخالصی، اسکوت و اسکالا - 1982 - با انجام دیگر آزمونهای غیرمخرب در کنار آزمون فراصوتی، نسویجسکی - 2000 - با پردازش برروی سیگنالهای دریافتی، آیمریچ و میلی - - 2000 با اضافه کردن روشهای دیگر آزمون فراصوتی از قبیل روش زمان پرواز پراش1همگی تلاش کردهاند تا بتوانند از محدودیتهای آزمون فراصوتی برای بازرسی کامپوزیتها کم کرده و ضریب اطمینان این روش را بالا ببرند.
یکی از مهمترین اجزای آزمون فراصوتی که نقش بسزایی در کیفیت انجام آزمون ایفا میکند، تراگذار فراصوتی2است. مول و استیفنسن - 1971 - تاثیر فرکانس تراگذر برروی استهلاک امواج در ساختارهای کامپوزیتی و وندریمل - 1978 - تاثیر طول موج پرتو فراصوتی را برروی نتایج آزمون کامپوزیتها مورد بررسی قرار دادند. در جستجویی که میان منابع گوناگون انجام شد به نظر میرسد روی موضوع طراحی و ساخت تراگذار بهینه برای انجام آزمون فراصوتی با دقت و اطمینان بالا برروی ساختارهای کامپوزیتی هیچ مطالعهای انجام نشده است.
در تمامی مطالعات موجود سعی شده است با توجه به امکانات موجود و کمک گرفتن از روشهای فرعی که نوعا بسیار زمانبر و هزینهبر هستند مقداری از مشکلات بازرسی فراصوتی ساختارهای کامپوزیتی را کاهش دهند، در این مقاله به جای کار برروی پارامترهای فرعی، مستقیما به سراغ مشکل اصلی آزمون فراصوتی ساختارهای کامپوزیتی - نامناسب بودن تراگذار مورد استفاده - رفته و برای اولین بار فرایند طراحی تراگذار مناسب برای بازرسی فراصوتی مخازن کامپوزیتی از جنس پلاستیک تقویت شده با الیاف شیشه3 مورد بررسی قرار گرفته است.
نوآوری دیگر این مقاله روش بهینهسازی تراگذار فراصوتی است. به طور معمول تراگذارهای فراصوتی براساس معیار حساسیت تراگذار، به سه صورت تراگذار با حساسیت پایین، متوسط و بالا طراحی و ساخته میشوند اما در این مقاله برای اولین بار برای طراحی تراگذار فراصوتی بهینه از معیار طول پالس مورد نیاز برای بازرسی مخازن کامپوزیتی با حداقل ضخامت 3 میلیمتر به منظور یافتن عیب جدالایگی4 استفاده شده است.
