28813

شناسايي و طبقه‌بندي آسيب‌هاي ترك زمينه و تورق ناشي از ضربه‌ي سرعت‌پايين در كامپوزيت‌هاي فلز-الياف با استفاده از روش گسترش امواج هدايت شونده لمب

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك گرايش طراحي كاربردي

1400

1402/06/28

دكتر سياوش كاظمي راد

دكتر محمود مهرداد شكريه

مهندسي مكانيك

كامپوزيت‌هاي فلز-الياف علاوه بر خواص مكانيكي برتر داراي نقاط ضعفي هم مي‌باشند. آسيب‌هاي شكل گرفته هنگام ضربه سرعت پايين بر كامپوزيت‌هاي فلز-الياف، اغلب آسيب‌هاي درون لايه‌اي بوده و به سختي قابل مشاهده هستند. اين آسيب‌ها مي‌توانند استحكام سازه كامپوزيتي فلز-الياف را به شدت كاهش دهند. در دهه‌هاي گذشته به دليل ويژگي‌هاي منحصر به فرد امواج لمب، استفاده از اين امواج به عنوان روشي غير مخرب به منظور شناسايي آسيب رو به افزايش است. در اين پژوهش، ضربه سرعت پايين در انرژي‌هاي ضربه 5/18، 15، 5/11 و 8 ژول بر روي كامپوزيت فلز-الياف (آلياژ فلزي آلومينيوم 6061 و كامپوزيت الياف شيشه/اپوكسي) با لايه چيني [Al/0/90/0/90/90/0/90/0/Al] مدلسازي شده است. پس از مدل‌سازي اجزاء محدود ضربه و تشخيص‌ آسيب‌هاي ناشي از ضربه سرعت پايين در انرژي‌هاي متفاوت، موج A0 به منظور عيب‌يابي در نمونه كامپوزيت فلز-الياف گسترش يافتند. مشاهده شد كه با افزايش انرژي ضربه در صورتي كه ترك در لايه آلياژ فلزي ايجاد نشود، مساحت آسيب افزايش پيدا مي‌كند. با افزايش مساحت آسيب، موج لمب افت سرعت بيشتري نشان مي‌دهد. به همين منظور نمودارهاي عدد موج لمب بر حسب فركانس براي آسيب‌هاي ضربه با انرژي‌هاي متفاوت رسم شدند. ملاحظه شد كه با افزايش انرژي ضربه، به دليل افزايش مساحت آسيب، عدد موج مقدار بيشتري خواهد داشت. به منظور رسم منحني پيوسته عدد موج بر حسب فركانس، امواج لمب با محتواي فركانسي پيوسته بين 20 تا 200 كيلوهرتز در كامپوزيت فلز-الياف منتشر شدند. با ملاحظه نحوه عبور موج لمب از قسمت آسيب‌ديده و ضربه خورده با كمك رسم صفحات ‌هم‌جابجايي و هم‌سرعت، شكل آسيب تخمين زده شده است. ضمنا با تحليل سيگنال و مقايسه عدد موج با نتايج مدل عددي، مي‌توان انرژي ضربه و شكل‌هاي آسيب ايجاد شده در نمونه كامپوزيت فلز-الياف و استحكام آن را تخمين زد.

1402/07/16

Detection and classification of low velocity impact induced matrix cracking and delamination damages in fiber-metal laminates (FMLs) using the guided Lamb wave propagation method

9/18/2024 12:00:00 AM

Fiber metal laminates, despite their superior mechanical properties, also have weaknesses. Damages that occur during low-velocity impacts on fiber metal laminates are often intralaminar and challenging to visually detect. These damages can significantly reduce the structural integrity of fiber metal laminates structures. In recent decades, due to the unique characteristics of Lamb waves, their use as a non-destructive method for damage identification has been on the rise. In this research, low-velocity impacts at energy levels of 18.5, 15, 11.5, and 8 joules were simulated on fiber metal laminates (comprising aluminum alloy 6061 and glass/epoxy fiber composite) with a [Al/0/90/0/90/90/0/90/0/Al] layup configuration. After modeling the finite element components from low-velocity impacts at different energy levels, the A0 wave was employed for defect diagnosis in the fiber metal laminates samples. It was observed that as the impact energy increases, provided that no cracks are formed in the metal alloy layer, the extent of damage also increases. With an increase in the damage area, the Lamb wave exhibits a greater decrease in velocity. For this purpose, "Lamb Wave Wavenumber-Frequency" plots were generated for impacts at varying energy levels. It was noted that as the impact energy and damage area increase, the Wavenumber also shows a higher value. To create a continuous "Lamb Wave Wavenumber-Frequency" curve, Lamb waves with continuous frequency content ranging from 20 to 200 kilohertz were generated within the fiber metal laminates. By monitoring the passage of the Lamb wave through the damaged and impacted areas using displacement and constant velocity contour plots, the shape of the damage was estimated. Furthermore, through signal analysis and comparison with numerical model results, it is possible to estimate the impact energy, the types of damage induced in the metal-fiber composite samples, and their structural strength.

كامپوزيت‌هاي فلز-الياف , امواج لمب , شبيه‌سازي عددي ضربه سرعت پايين , روش اجزاء محدود

Fiber-metal laminates , Lamb Waves , Low-Velocity Impact Numerical Simulation , Finite element method

Amirreza Amirinejad

Dr. Siavash Kazemirad