عنوان پایان‌نامه
شناسایی و اندازه گیری عیوب در سطوح کامپوزیتی با استفاده از روش تجربی برشنگاری دیجیتالی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2945;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68717
- تاریخ دفاع
- ۱۶ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- مهدی صوفی
- استاد راهنما
- ناصر سلطانی
- چکیده
- برشنگاری دیجیتالی یکی از روش‌های نوری بسیار مؤثر برای اندازه‌گیری مشتقات تغیر شکل سطحی است که از آن می‌توان در انجام آزمون‌های غیر مخرب برای تشخیص بسیاری از انواع عیوب به خصوص در مواد مرکب و پلیمری بهره برد. با توسعه کاربرد این روش در صنایع مختلفی نظیر صنایع خودرو، هوا – فضا، صنایع هسته‌ای و نفت و گاز می‌توان همزمان با رفع محدودیت‌های روش‌های سنتی آزمون‌های غیر مخرب در مواد مرکب، سرعت و دقت بازرسی‌ها را افزایش داد. با این وجود، استفاده صحیح و مؤثر از این روش، مستلزم رفع برخی محدودیت‌ها، شناخت حوزه کاربرد و پارامترهای مؤثر در آن است. یکی از مسائل مهم در استفاده از روش برشنگاری دیجیتالی تعمیم آن به صفحات غیر تخت مانند لوله‌ها می‌باشد. در این روش چون نیاز به تابش نور لیزر به سطح نمونه و دریافت همان نور می‌باشد، انحنا در صفحه می‌تواند در دریافت نور بازتابی از سطح اختلال ایجاد کند. در این پایان‌نامه، با تبیین روش تجربی برشنگاری دیجیتالی به عنوان یک ابزار مناسب در تشخیص عیوب در صفحات انحنا دار، صحت نتایج از طریق مقایسه آن‌ها با اندازه عیب ایجاد شده و همچنین نتایج عددی حاصل شده بررسی شده است. در این راستا با طراحی و ساخت یک مجموعه برای بارگذاری فشارداخلی یک لوله کامپوزیتی و ایجاد عیب در آن، برای شناسایی و اندازه‌گیری این عیوب از روش برشنگاری استفاده شده است. در ادامه با مشاهده هاله‌های ایجادشده اندازه عیب از طریق اندازه‌گیری فاصله میان مراکز هالهها تخمین زده شده است. نتایج حاصل از آزمون برشنگاری نیز با نتایج حاصل از حل عددی مقایسه و میزان انطباق آن‌ها از نظر شکل ظاهری و نوع هالهها بررسی شده است که از شباهت خوبی برخوردار هستند. با انجام آزمون‌های متعدد، محدوده صحیح انحنا سطح برای دریافت نتایج قابل‌قبول و تأثیر نوع بارگذاری بر نوع و جهت عیب جهت شناسایی ساده‌تر بیان شده است. نتایج حاصله نشان‌دهنده این موضوع است که جنس و میزان انعطاف‌پذیری نمونه روش خاصی از بارگذاری را نیاز دارد و همچنین جهت قرارگیری سطحی همچون سطح لوله با توجه به جهت ایجاد برش و جهت عیب بسیار تعیین‌کننده است به گونه‌ای که می‌بایست حداکثر دریافتی را از نور تابیده شده به سطح داشته وجود دشته باشد. همچنین حداکثر زاویه سطح نسبت به صفحه تابش و بازتابش نور حدوداً 10 درجه اندازه‌گیری شده است. با فیلتراسون هالهها و استخراج نمودار تغییرات فاز در راستای شکاف، اندازه شکاف با حدود 20 درصد خطا اندازه گیری شده است.
- Abstract
- Shearography is a highly sensitive integral measuring technique to record deformation and strain concentration on the surface of components. This technique has been widely used for composite materials. In this regard, Digital Shearography is used as a non-destructive technique for measurement of dummy defects in a composite pipe under internal pressure. Derivatives of displacement contours reveal defects in an object by looking for defect-induced deformation anomalies. Due to widespread use of composite materials in many of pressurized systems, the identification and evaluation of defects in these materials are very important to reduce high costs associated with timely diagnosis of the defects before failure. To investigate the effect of surface curvature on the experiment results, a flat surface was rotated in front of the shearography test setup. The angle of the surface normal vector with respect to the incident light beam direction was changed for three separate values and the results of maximum allowable curvature for the best quality of the outputs were evaluated. A fixture was also designed and developed to hold the composite pipe in place and also to apply and measure the pressure to the pipe inner surface. An air compressor was utilized to apply the pressure to the 4-layer fiber reinforced composite pipe. Finite element simulations were performed to assess the accuracy of the experimental test results and a MATLAB post-processing routine was prepared to simulate Shearography fringe patterns in the crack tip vicinity. Finally, it was observed that the surface position and the curvature value have significant effects on the results. Thus in order to obtain best outputs, it was found that the intensity level of the reflected beam has to be at maximum. Filtration of fringes and phase graph extraction, reveal the approximate size of the crack with an approximate error of 20 percent. Also by comparison between numerical and experimental results, good correlation was observed.
