20301

۲۰۳۰۱

عيب يابي در وصله هاي كامپوزيتي به روش دمانگاري ارتعاشي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

۱۳۹۴-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۸/۲۷

دكتر ميرسعيد صفي زاده

مكانيك

با توجه به كاربرد وسيع وصله¬هاي كامپوزيتي در تعمير و تقويت سازه¬ها، به¬خصوص سازه¬هاي هوايي، ارائه يك روش كنترل كيفيت مؤثر براي ارزيابي وصله¬هاي كامپوزيتي، ضروري به¬نظر مي¬رسد. عيوب متداول در اين وصله¬ها، لايه¬لايه¬شدگي كه در لايه¬هاي بين كامپوزيت¬ها اتفاق مي¬افتد و جدايش كه بين وصله و سازه مادر به وقوع مي¬پيوندد، مي¬باشد. جدايش بين وصله و سازه مادر، در هنگام اتصال وصله به آن يا بعد از آن با توجه به بارگذاري¬هاي مختلف و شرايط محيطي، مي¬تواند ايجاد¬شود. براي شناسايي اين عيوب روشهاي تست غيرمخرب متفاوتي وجود دارد. در اين پروژه قابليت استفاده از روش دمانگاري ارتعاشي به منظور شناسايي عيب جدايش در وصله¬هاي كامپوزيتي مورد مطالعه قرار مي¬گيرد. به همين منظور، نمونه¬اي شامل يك ورق آلومينيومي كه در قسمتي از آن وصله كامپوزيتي 8 لايه تك جهته كربن¬اپوكسي متصل شده¬است، مورد تست قرار مي¬گيرد. در اين نمونه، سه عيب از نوع جدايش بين ورق آلومينيومي و وصله كامپوزيتي ايجاد مي-شود. براي ارتعاش اين نمونه از مرتعش¬كننده¬هاي پيزوالكتريك با فركانس بالا استفاده شده¬است. براي پيدا كردن بهترين چيدمان مرتعش¬كننده¬هاي پيزوالكتريك، به طوري كه تمام قطعه به طور يكنواخت مرتعش شود، مدلسازي موج در نرم¬افزار آباكوس انجام شده¬است. مدلسازي دمانگاري ارتعاشي براي به¬دست آوردن گرماي توليدي در اثر ارتعاش، كه از نوع حرارت ويسكوالاستيكي مي¬باشد، در نرم¬افزار كامسول صورت گرفته-است. نتايج شبيه¬سازي¬ها مؤيد اين نكته است كه اگر با استفاده از شبيه¬سازي بتوان فركانس ارتعاش، محل تحريك ارتعاشي و دامنه تحريك ارتعاشي را بدرستي تعيين كرد، مي¬توان عيب جدايش را تشخيص¬داد. در انتها نيز آزمون دمانگاري ارتعاشي براي عيب¬يابي در نمونه بصورت آزمايشگاهي انجام¬مي¬شود. تصاوير به¬دست آمده از دوربين حرارتي به روش بازسازي سيگنال دمانگاري (كه الگوريتم آن در نرم¬افزار متلب نوشته¬شده-است) تحليل و تفسير مي¬شود. متاسفانه بدليل مشكلات ايجاد عيب جدايش در قطعات به منظور تست آزمايشگاهي و وجود تفلون در قسمت جدايش به¬جاي هوا، شناسايي عيوب جدايش به روش دمانگاري ارتعاشي، نتايج مطلوبي حاصل¬نشد و انجام تستهاي آزمايشگاهي براي شناسايي عيب جدايش به روش دمانگاري ارتعاشي مستلزم كارهاي تحقيقاتي بيشتري است. واژه‌هاي كليدي: دمانگاري ارتعاشي، شناسايي عيوب، كربن¬اپوكسي، جدايش، مرتعش¬كننده پيزوالكتريك

1398/01/25

Defect Detection in Composite Patches by Vibrothermography

4/14/2019 12:00:00 AM

Given the widespread use of composite patches in the repair and reinforcement of structures, especially aerospace structures, proposing an effective quality control method for the assessment of composite patches seems necessary. Common defects in these patches are delamination between the composite layers and debonding between the patch and the main structure. The latter defect may occur during or after connecting the patch to the main frame, depending on loading and environmental conditions. To identify the debonding defect in composite patches, various nondestructive testing methods may be used. This project studies the feasibility of using vibrothermography in order to identify the debonding defect in composite patches. In order to do so, a sample containing an aluminum plate with an eight-layer anisotropic carbon/epoxy composite patch connected to it is tested as part of this thesis. Three debonding defects are created between the aluminum plate and the composite patch. To produce the required vibration, high-frequency piezoelectric vibrators have been employed. In order to determine the most appropriate juxtaposition of the vibrators so as to create uniform vibration in the test-piece, wave modelling has been performed in Abaqus™. The vibrothermography modelling has been carried out in COMSOL Multiphysics® to determine the viscoelastic heat generated due to the vibration. The modelling results confirm the fact that one will be able to distinguish the debonding defect providing one accurately obtains the vibrational frequency, the excitation location and the excitation amplitude via modelling. In the end, an vibrothermography test is conducted experimentally. The images obtained from the thermographic camera are analyzed and interpreted using the thermographic signal reconstruction method (the algorithm of which is written in MATLAB™). Unfortunately, due to difficulties in creating the debonding defect in the test-pieces and the existence of Teflon instead of air at the debonding location, the trials to identify these defects through vibro thermography did not produce desirable results. It was concluded that experimental tests to determine the debonding defect using the vibrothermography method requires further research. Keywords: vibrothermography, fault detection, carbon/epoxy, debonding, piezoelectric vibrator