31214

نظارت بر سلامت مواد كامپوزيتي زمينه پليمري با استفاده از حسگر توري براگ فيبر نوري

دكتري

فيزيك. اتمي و مولكولي

1396

1403/06/27

دكتر محمد واحدي

دكتر محمود مهرداد شكريه

فيزيك

مواد كامپوزيتي زمينه پليمري به دليل دارا بودن خواص مكانيكي كم¬نظير و نيز وزن كم به طور گسترده¬اي در صنايع مختلف مورد استفاده قرار گرفته¬اند. با اين وجود، تنش‌هاي پسماند ايجاد شده در اين مواد در حين پخت يكي از مهم¬ترين چالش¬هاي بكارگيري آن¬ها مي¬باشد. حسگر توري براگ فيبر نوري به دليل دارا بودن مزاياي قابل توجهي نظير غير مخرب بودن، دقت و حساسيت بالا، قابليت استفاده در هر نقطه از لايه¬هاي نمونه¬ها، حسگري شبه توزيعي و ... به عنوان ابزاري قابل اعتماد براي اندازه¬گيري تنش¬هاي پسماند اين مواد، قبل از استفاده و حتي حين استفاده شناخته مي¬شود. اندازه¬گيري تنش¬هاي پسماند نمونه¬هاي كامپوزيتي زمينه پليمري با استفاده از اين نوع از حسگر به صورت تجربي به¬عنوان هدف اصلي اين رساله صورت پذيرفته است. در همين راستا، كاليبراسيون حسگرهاي توري براگ براي كرنش و دما در ابتداي امر و قبل از استفاده از آنها در اندازه¬گيري تنش¬هاي پسماند انجام شده است. به منظور كاليبراسيون حسگرها براي كرنش، از كرنش¬سنج، كشش¬سنج و روش همبستگي تصوير ديجيتال به صورت همزمان طي چهار آزمايش¬ كشش با شرايط يكسان با هدف مشخص شدن بهترين روش استفاده گرديده است. مقادير حساسيت¬هاي حسگرهاي استفاده شده به كرنش و دما، به ترتيب pm/με 85/0 و pm/oC 9/11 بدست آمده است. در ادامه، نظارت بر ايجاد تنش¬هاي پسماند در نمونه¬هاي كامپوزيتي ساخته¬شده در طول چرخه پخت با استفاده از اين حسگرها صورت پذيرفته است. علي رغم عدم نياز اين حسگرها به تخريب نمونه به¬منظور اندازه¬گيري تنش¬هاي پسماند، دقت آن¬ها با كرنش¬¬سنج و نيز روش همبستگي تصوير ديجيتال با بهره¬گيري از روش شيارزني مقايسه شده است كه حسگرهاي توري براگ، مطمئن¬ترين و دقيق¬ترين نتايج را به ثبت رسانيده¬اند. شبيه¬سازي مقادير تنش پسماند ايجادشده در نمونه¬ها با استفاده از تئوري كلاسيك لايه¬اي نيز نتايج حسگرهاي توري براگ را تاييد كرده است. در پايان، اندازه¬گيري همزمان دما و كرنش با استفاده از تنها يك حسگر توري براگ به صورت تجربي و شبيه¬سازي به عنوان هدف ديگر اين رساله با ارائه راهكارهاي لازم بررسي و انجام گرديده است.

1403/07/03

Health monitoring of polymeric composite materials using FBG sensor

1/1/1900 12:00:00 AM

Polymeric composite materials have been widely used in various industries due to their unique mechanical properties and lightweight. However, the cure-induced residual stresses during the curing process are one of the most important challenges for employing them. Optical fiber Bragg grating (FBG) sensor is a reliable tool for measuring the residual stresses of these materials before use and even during use. It is due to having significant advantages including, non-destructiveness, high accuracy and sensitivity, ability to be used at any point of the layers, quasi-distributive sensing, etc. The measurement of the residual stresses of the polymeric composite materials using the FBG sensor has been performed experimentally as the main aim of this dissertation. For this purpose, the calibration of the FBG sensors for strain and temperature has been carried out before using them to measure residual stresses. To calibrate the sensors for strain, the strain gauge, extensometer, and digital image correlation (DIC) method have been used simultaneously during four tensile tests with the same conditions to determine the best method. The sensitivities of these sensors to strain and temperature were obtained as 0.85 pm/με and 11.9 pm/oC, respectively. In the following, the monitoring of creating residual stresses in the manufactured specimens during the curing cycle was done using the FBGs. Even though FBG sensors do not need to destroy the specimen to measure the residual stresses, their accuracy has been compared with the strain gauge and the DIC using the slitting method, in which FBGs have been registered the most reliable and accurate results. The simulation of the induced residual stress in the specimens using the classical lamination theory (CLT) has also confirmed the results of the FBG sensors.

تنش¬¬ پسماند , حسگر توري براگ , كرنش¬سنج , همبستگي تصوير ديجيتال , كشش¬سنج , شيارزني

Residual stress , FBG sensor , Strain gauge , DIC , Extensometer , Slitting

rasoul pashaie

dr. mohammad vahedi