20236

۲۰۲۳۶

كاربرد گسترش امواج هدايت‌شونده در تشخيص آسيب ترك زمينه در كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري با تكيه بر خواص ويسكوالاستيك

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي 3

۹۵-۹۷

۱۳۹۷/۱۱/۳

دكتر محمود مهرداد شكريه

دكتر سياوش كاظمي راد

مكانيك

هدف اين پژوهش به‌كارگيري يك روش غير مخرب مبتني بر گسترش امواج لمب، جهت شناسايي و طبقه‌بندي آسيب ترك زمينه در كامپوزيت‌هاي پايه پليمري، جهت مشخصه‌يابي خواص الاستيك و ويسكوالاستيك است. ترك زمينه به عنوان آسيب اوليه براي شروع مودهاي آسيب ديگر و درنهايت خرابي و واماندگي كامپوزيت‌هاي چندلايه تحت بارهاي استاتيكي و ديناميكي شناخته مي‌شود. در اين پژوهش ابتدا نمونه‌هاي كامپوزيتي الياف شيشه/اپوكسي با لايه چيني [02/906]s ساخته شده و ترك زمينه با چند چگالي ترك مختلف توسط دستگاه آزمايش كشش در آنها ايجاد گرديد. سپس ترك‌هاي ايجادشده در اين نمونه‌ها با روش بازرسي چشمي به كمك ميكروسكوپ ديجيتال بررسي شده و چگالي استخراج شده است. سپس، آزمايش غير مخرب گسترش امواج لمب روي نمونه‌هاي با چگالي ترك‌هاي مختلف انجام شده و با استفاده از حل معكوس معادلات امواج لمب و به كمك پردازش سيگنال‌هاي دريافتي از نمونه¬ها، تغييرات در خواص الاستيك و ويسكوالاستيك نمونه‌ها با دقت مناسبي به دست آمد. خواص الاستيك قطعات با استخراج سرعت موج لمب و همچنين خواص ويسكوالاستيك آن‌ها، شامل پارامترهاي مدول برشي ذخيره، مدول برشي اتلاف و فاكتور اتلاف نيز با استخراج سرعت و افت دامنه موج لمب، مشخصه‌يابي گرديد. نتايج به‌دست‌آمده براي تغييرات خواص الاستيك مطابقت خوبي با نتايج افت سفتي تئوري ارائه‌شده توسط هشين داشت. خواص ويسكوالاستيك نيز حساسيت مناسبي نسبت به ميزان شدت آسيب ترك زمينه نشان داد و به كمك آن دسته‌بندي مناسبي بر ميزان اين آسيب انجام گرفت. نتايج اين آزمايش‌ها نشان داد كه علاوه بر تغييرات خواص الاستيك به عنوان يك شاخص تعيين‌كننده شدت آسيب ترك زمينه، مي‌توان خاصيت مهمي از ماده به نام فاكتور اتلاف (كه از خواص ويسكوالاستيك ماده ناشي مي‌شود) را نيز با حساسيت مناسب بدست آورد. فاكتور اتلاف را مي‌توان بعنوان يك پارامتر مهم ديگر براي تعيين شدت آسيب ترك زمينه در كامپوزيت‌هاي پايه پليمري در نظر گرفت. بدين ترتيب در اين پژوهش براي اولين بار با اندازه‌گيري غير مخرب خواص الاستيك و ويسكوالاستيك كامپوزيت با كمك امواج لمب، شناسايي و طبقه‌بندي آسيب ترك زمينه با دقت مناسبي انجام گرفت.

1397/12/25

Application of propagation of guided waves in detection of matrix cracking damage in polymeric composites based on viscoelastic properties

1/23/2019 12:00:00 AM

The purpose of the present study is to use a non-destructive method by propagation of Lamb waves to diagnose and classify the cracking damage in polymer based composites to identy the elastic and viscoelastic properties. The matrix cracking is known as a primary damage to the onset of other damage modes and consequently, the failure and fracture of multi-layer composites under static and dynamic loadings. In this study, glass/epoxy composites with a layup of [02/906]s were fabricated and the matrix cracking with several densities werfe induced in 90o layers using a tensile testing machine. Then, the induced cracks in specimens were optically investigated using a digital microscope and the crack density for each specimen was obtained. The stiffness reduction associated with each specific crack density was extracted. Then, the Lamb waves a non-destructive test was performed on the samples with different crack densities. By using the inverse solution of the Lamb wave equations and processing of received signals from the samples, variations in the elastic and viscoelastic properties of the samples with an appropriate precision were obtained. The elastic properties of specimens and viscoelastic properties of them, including the shear storage modulus, the shear loss modulus, and the loss factor were obtained by the measurement of the Lamb wave velocity and loss of the amplitude. The results obtained for the loss of elastic properties were in a very good agreement with the results of the Hashin stiffness reduction theory. The viscoelastic properties of samples also showed a good sensitivity to the matrix cracking damage. Using this sensitivity, a proper classification was made for this damage was performed. In general, the results of these experiments showed that, along with the changes in elastic properties as an indicator of the severity of the matrix cracking damage, an important property of the material, known as the loss factor (results from the viscoelastic properties of the material) can also be charaterized with a proper sensitivity. The loss factor can be considered as another important parameter to determine the severity of the matrix cracking damage in polymer composites. Thus, in this research for the first time, with the help of non-destructive measurements of elastic and viscoelastic properties of composite by using Lamb waves, the identification and classification of matrix cracking damage was done with a proper accuracy.