شماره ركورد
34108
پديد آورنده
حسين سبزچي اصل
عنوان
تشخيص ترك زمينه و تورق در چندلايههاي كامپوزيتي با استفاده از گسترش امواج هدايتشونده لمب و حسگرهاي FBG
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك طراحي كاربردي جامدات
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/30
استاد راهنما
پروفسور محمود مهرداد شكريه و دكتر سياوش كاظميراد
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
در اين پژوهش، با هدف تشخيص آسيبهاي ترك زمينه و تورق بينلايهاي در سازههاي كامپوزيتي، از روش گسترش امواج هدايتشوندهي لمب (Lamb Waves) به همراه حسگرهاي توري براگ فيبري (FBG) استفاده شد. مدلسازي عددي با روش المان محدود در نرمافزارAbaqus/Explicit انجام گرفت. در مرحلهي نخست، مدل پايه بر روي مادهي همسانگرد آلومينيوم جهت اعتبارسنجي توسعه داده شد و سپس مدل چندلايهي كامپوزيتي شيشه/اپوكسي با لايهچيني [0_2,90_6 ]_s در سه حالت سالم، داراي ترك زمينه و داراي تورق مورد شبيهسازي قرار گرفت. تحريك موج از نوع پادمتقارن A_0 با فركانس مركزي 200 كيلوهرتز در شرايط مرزي بهينه اعمال شد و ميدانهاي تنش و كرنش استخراجشده از مدل به نرمافزار FBG-SIMUL منتقل گرديد تا رفتار نوري حسگرهاي FBG با استفاده از روش ماتريس انتقال اصلاحشده شبيهسازي شود. نتايج حاصل نشان داد كه در نمونهي داراي ترك زمينه، تغييرات طول موج براگ (Δλ_b) حدود 620 درصد و تغييرات عرض قله (Δλ_wv) حدود 320 درصد نسبت به نمونهي سالم تغييرات داشته است، در حاليكه در نمونهي داراي تورق، اين تغييرات به ترتيب به 1820 درصد و 600 درصد رسيده است. علاوه بر اين، پارامتر دامنهي دره تا قلهي موج بازتابي بيشترين حساسيت را نسبت به وجود و شدت آسيب نشان داد و بهعنوان شاخصي دقيق براي شناسايي نوع آسيب معرفي گرديد. جهت اعتبارسنجي مدل عددي، نتايج به سه روش مورد بررسي قرار گرفت. ابتدا در آزمون تجربي موج لمب با استفاده از حسگرهاي پيزوالكتريك، سرعت موج بهدستآمده از دادههاي آزمايشگاهي با نتايج شبيهسازي اختلافي كمتر از 3 درصد داشت كه نشاندهندهي دقت مطلوب مدل عددي بود. در ادامه، اعتبارسنجي تحليلي بر پايهي معادلات موج لمب انجام شد و مقايسهي مقادير تنش بهدستآمده از مدل عددي و روابط تحليلي، همخواني بسيار مناسبي با خطا كمتر از 2 درصد نشان داد. همچنين، با استفاده از نرمافزار نيمهتحليلي Dispersion Calculator، نتايج مربوط به تنش و سرعت موج مورد ارزيابي قرار گرفت و انطباق بسيار خوبي ميان دادههاي عددي و نتايج نظري مشاهده شد كه در تمامي موارد خطا كمتر از 5/4 درصد بود. در مجموع، يافتههاي اين پژوهش بيانگر آن است كه تركيب تحليل عددي امواج هدايتشونده لمب با شبيهسازي نوري حسگرهاي FBG، ابزاري دقيق، حساس و كارآمد براي تشخيص، تعيين مكان و شدت آسيبهاي داخلي، بهويژه تورق بينلايهاي در چندلايههاي كامپوزيتي فراهم ميسازد و ميتواند بهعنوان رويكردي نوين و مؤثر در پايش سلامت سازهاي سازههاي پيشرفته مورد استفاده قرار گيرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/12
عنوان به انگليسي
Detection of matrix cracking and delamination in laminated composite structures using the guided Lamb wave propagation and FBG sensors
تاريخ بهره برداري
11/22/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
حسين سبزچي اصل
چكيده به لاتين
In this research, guided Lamb waves (Lamb Waves) in combination with fiber Bragg grating (FBG) sensors were employed to detect matrix cracking and interlaminar delamination in composite structures. Numerical modeling was carried out using the finite element method (FEM) in Abaqus/Explicit. In the first stage, a baseline model was developed on an isotropic aluminum specimen for validation purposes. Subsequently, a multilayer glass/epoxy composite with a stacking sequence of [0_2,90_6 ]_swas simulated in three conditions: healthy, matrix-cracked, and delaminated. The excitation was performed using the antisymmetric A₀ Lamb mode with a central frequency of 200 kHz under optimized boundary conditions, and the resulting stress and strain fields were exported to the FBG-SIMUL software. The optical response of the FBG sensors was then simulated using the Modified Transfer Matrix Method (MTMM). The results revealed that, in the specimen with matrix cracking, the Bragg wavelength shift (〖Δλ〗_b) increased by approximately 620%, while the Bragg peak width (〖Δλ〗_wv) increased by about 320% compared with the healthy sample. In contrast, for the delaminated specimen, these variations reached approximately 1820% and 600%, respectively. Moreover, the peak-to-valley amplitude of the reflected signal exhibited the highest sensitivity to the presence and severity of damage and was identified as a reliable indicator for distinguishing between different types of defects. For the validation of the numerical model, three complementary approaches were employed. First, an experimental Lamb wave test using piezoelectric (PZT) sensors showed a difference of less than 3% between the measured and simulated wave velocities, confirming the high accuracy of the FEM model. Second, an analytical validation based on Lamb wave equations indicated excellent agreement between the numerical and theoretical stress values, with an error of less than 2%. Finally, results obtained from the semi-analytical Dispersion Calculator software for stress and wave velocity demonstrated strong consistency with the numerical outcomes, with a maximum deviation below 4.5%. Overall, the findings of this study demonstrate that integrating numerical analysis of guided Lamb waves with optical simulation of FBG sensors provides a precise, highly sensitive, and efficient tool for identifying, locating, and quantifying internal damage—particularly interlaminar delamination—in laminated composite structures. This combined approach presents a novel and effective methodology for structural health monitoring (SHM) in advanced composite systems.
كليدواژه هاي فارسي
امواج هدايتشونده لمب , حسگر توري براگ فيبري (FBG) , تشخيص آسيب , ترك زمينه , تورق , شبيهسازي عددي , پايش سلامت سازهاي (SHM)
كليدواژه هاي لاتين
Guided Lamb Waves , Fiber Bragg Grating (FBG) Sensors , Damage Detection , Matrix Cracking , Delamination , Numerical Simulation , Structural Health Monitoring (SHM)
Author
Hossein Sabzchi Asl
SuperVisor
Prof. Mahmood Mehrdad Shokrieh & Dr. Siavash Kazemirad