10174

اندازه‌گيري خواص الاستيك مواد نوين با استفاده از آزمون ضربه

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1404

دكتر رضوان عابديني

دكتر رضوان عابديني

1404/09/16

دانشكده مهندسي مكانيك

Measurement of Elastic Properties of Advanced Materials Using the Impulse Excitation Technique

در اين پژوهش، به‌منظور اندازه‌گيري دقيق خواص مكانيكي سراميك‌هاي پيزوالكتريك، به‌ويژه در راستاي ضخامت، از روش آزمون ضربه‌اي (Impulse Excitation Technique) استفاده شده است. ماده‌ي مورد بررسي، سراميك پيزوالكتريك PZT-8 بوده كه به دليل رفتار آنايزوتروپيك و حساسيت بالا در راستاي پلاريزاسيون، انتخاب شده است. اين روش كه بر پايه‌ي استاندارد ASTM E1876-15 و راهنماي نرم‌افزار Sonelastic® بنا شده، با استفاده از تجهيزاتي ساده شامل ميكروفون و ضربه‌زننده‌ي سبك پياده‌سازي گرديد. داده‌هاي صوتي حاصل از آزمون، با بهره‌گيري از الگوريتم تبديل فوريه سريع (FFT) در محيط نرم‌افزار Python تحليل شدند. نتايج نشان داد كه فركانس رزونانس اصلي نمونه‌ها در حدود 14 kHz قرار دارد كه با مد ضخامت در راستاي محور پولارايزاسيون مطابقت دارد. با استفاده از روابط تجربي Sonelastic براي هندسه‌هاي ديسكي و رينگي، مقدار مدول يانگ (E₃) در راستاي ضخامت برابر با 117.6 گيگاپاسكال به‌دست آمد. اين مقدار اختلافي كمتر از 2٪ با داده‌هاي مرجع Sonelastic نشان داد كه روش ارائه‌شده از دقت بالايي برخوردار است. همچنين، بررسي ضريب كيفيت (Q-factor)و ميزان اختلاف دامنه ها و شدت صوت در پيك هاي اصلي براي نمونه‌هاي سالم و ترك‌دار، تفاوت هايي را در بازه‌هاي فركانسي 7 و 14 كيلوهرتز نشان داد؛ به‌گونه‌اي كه معمولا نمونه‌هاي سالم در بازه 14 هزار هرتز ضريب كيفيت بالاتر از 40000 و شدت صوتي بيشتر از 45 دسي‌بل در پيك اصلي داشتند، در حالي كه در نمونه‌هاي ترك‌دار اين مقادير به‌طور محسوسي كاهش يافت. در نهايت، نتايج حاصل تأييد كردند كه روش آزمون ضربه‌اي همراه با تحليل ديجيتال سيگنال در نرم افزار مي‌تواند به‌عنوان يك روش غيرمخرب، دقيق و كم‌هزينه براي اندازه‌گيري مدول يانگ و ارزيابي سلامت پيزوسراميك‌ها به‌كار رود. اين روش با وجود سادگي، دقتي در حد تجهيزات آزمايشگاهي تجاري دارد و مي‌تواند در كنترل كيفيت صنعتي و تحقيقات آتي در حوزه‌ي مواد پيزوالكتريك مورد استفاده قرار گيرد.

پيزوسراميك , آزمون ضربه‌اي , PZT-8 , مدول يانگ , ضريب كيفيت (Q-factor) , روش غيرمخرب , Sonelastic