19267

۱۹۲۶۷

شبيه سازي عددي انتشار امواج لمب براي تشخيص ترك هاي زمينه در كامپوزيت هاي پايه پليمري

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - سازه

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۰۲/۰۸

دكتر شكريه

مكانيك

چكيده در اين پروژه يك شبيه سازي عددي انتشار امواج لمب، بر پايه پايش سلامت سازه ها كه خود بخشي از فرايند جامع يكپارچگي سازه اي مي باشد، به روش اجزاي محدود جهت ارزيابي و تشخيص ترك هاي ماده زمينه در كامپوزيت هاي پليمري انجام شده است. در مرحله اول يك RVE از لايه تك جهته شامل الياف شيشه و رزين اپوكسي ايجاد مي گردد تا علاوه بر بررسي پراكندگي موج ناشي از وجود دو فاز با خواص مكانيكي و آكوستيكي متفاوت، به كمك شبيه سازي و تئوري امواج لمب مدول الاستيسيته يانگ در راستاي الياف و عمود بر آن بدست آيد. در گام بعد، نمونه كامپوزيتي به صورت طراحي مي گردد تا اثر چگالي هاي مختلف ترك ماده زمينه بر خواص مكانيكي آن بررسي شود. به كمك شبيه سازي عددي و تئوري امواج لمب مي توان تغييرات مدول الاستيسيته و خواص ويسكوالاستيك ناشي از ترك هاي ماده زمينه را به دست آورد. مدول الاستيسيته با استخراج سرعت موج لمب و خواص ويسكوالاستيك به كمك سرعت و افت دامنه موج لمب گسترده شده بر روي نمونه بدست مي آيد كه شامل پارامتر هاي مدول برشي ذخيره، مدول برشي اتلاف و فاكتور اتلاف مي باشد. نتايج به دست آمده براي مدول الاستيسيته و افت آن در نتيجه ترك هاي ماده زمينه با خطاي زير ده درصد با آنچه در مراجع ذكر شده است تطابق دارد. نتايج مربوط به خواص ويسكو الاستيك نشان مي دهد كه حساسيت فاكتور اتلاف به ترك ماده زمينه نسبت به مدول الاستيسيته بيش از 15 برابر مي باشد، كه خود بيانگر اين نكته است كه تغييرات خواص ويسكوالاستيك بسيار بهتر مي تواند ترك هاي ماده زمينه در كامپوزيت هاي پليمري را تشخيص دهد. واژه‌هاي كليدي كامپوزيت، امواج لمب، ترك ماده زمينه، روش اجزاي محدود، خواص ويسكوالاستيك، فاكتور اتلاف

1397/06/10

Numerical Simulation of the Identification of Matrix Cracking in Composites Using Lamb Wave Propagation

9/1/2018 12:00:00 AM

Among structural health monitoring (SHM) techniques, which can identify, locate and quantify structural damage before failure, high frequency Lamb waves have become widely used since they can cover large areas and also identify micro damages. In this research, finite element (FE) simulations are used to assess the matrix cracking in composite materials using the guided Lamb wave propagation. The developed FE model consists of a plate composite sample, an actuator and several sensors. Antisymmetric Lamb waves with different frequencies ranging from 100 to 500 kHz were propagated on the sample using the actuator, which was modeled as two excitation rectangular areas located on the top and bottom surfaces of the sample at one end. The sensors were then used to obtain the induced wave characteristics including displacement phase and amplitude at different locations along the propagation direction. These characteristics vary with the crack density of the matrix. In composites, the fiber distribution generates structural damping. The matrix cracking may also lead to structural damping, especially in the case of high frequency excitations (short wavelengths). The wave speed and damping properties of the sample were obtained using the measured wave characteristics. Then, the corresponding inverse Lamb wave propagation problem was solved and the equivalent viscoelastic properties (complex modulus) of the sample were obtained. A two-step approach was used in this study to model and assess a glass/epoxy plate sample with different crack densities. In the first step, the RVE of a unidirectional ply consisting of fiber and resin with no crack was modeled and its elastic properties were characterized using the proposed Lamb wave propagation method. Then, in the second step, these equivalent properties were applied to a global model consisting of units with transversely isotropic material separated by micro-cracks, which can properly model cross ply composites with matrix cracking. The viscoelastic properties of such global model were obtained using the Lamb wave propagation method, similar to that performed for the unidirectional ply RVE. Finally, the changes in viscoelastic properties were used to identify the matrix cracking density in the modeled composite samples