تا 411 صفحه 1395 زمستان 4 شماره 48 دوره Vol. 48, No. 4, Winter 2017, pp

Transcript

1 422 تا 411 صفحه 1395 زمستان 4 شماره 48 دوره Vol. 48, No. 4, Winter 2017, pp مکانیک مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه AmirKabir Jounrnal of Science & Research Mechanical Engineering ASJR-ME رد آن رشد منحنی پیشبینی و بینالیهای جدایش ایجاد بررسی امیشن آکوستیک روش با شیشه/اپوکسی کامپوزیتی چندالیههای 4 محمدی رضا 3 تودشکی حسینی حسین 2* نجفآبادی احمدی مهدی 1 سعیدیفر میالد امیرکبیر صنعتی دانشگاه مکانیک مهندسی دانشکده دکتری دانشجوی 1- امیرکبیر صنعتی دانشگاه مکانیک مهندسی دانشکده دانشیار 2- امیرکبیر صنعتی دانشگاه هوافضا مهندسی دانشکده استاد 3- امیرکبیر صنعتی دانشگاه مکانیک مهندسی دانشکده دکتری دانشجوی /8/20( پذیرش: 1394/4/12 )دریافت: چکیده ضروری امری سازهها در آسیب رشد پایش و خرابی ایجاد تشخیص باال اطمینان قابلیت با سازههایی ساخت به نیاز دلیل به شرتسگ و ایجاد حاضر پژوهش است. کامپوزیتی چندالیههای در خرابی مکانیزم شایعترین بینالیهای جدایش میرسد. نظر به ابتدا میدهد. قرار بررسی مورد امیشن آکوستیک روش با را اپوکسی شیشه/ چندالیهای کامپوزیتهای در الیهای بین جدایش نیب خرابی رفتار میگیرند. قرار I حالت شبهاستاتیکی بارگذاری تحت و شده ساخته مختلف الیهچینیهای با استاندارد نمونههای آکوستیک روش با و بوده نمونهها در خرابی آغاز مرحله بر اصلی تمرکز نخست بخش در میشود. بررسی بخش دو در الیهای شور با نمونهها در الیهای بین جدایش گسترش و رشد دوم بخش در میشود. مشخص نمونهها در خرابی ایجاد مراحل امیشن فیلتر برای روشی ارائه و نمونهها در امیشن آکوستیک امواج سرعت تعیین با بخش این در میشود. بررسی امیشن آکوستیک زا بهدستآمده نتایج میشود. پیشبینی رشد حین در الیهای بین جدایش نوک لحظهای موقعیت ناخواسته سیگنالها نمودن پیشبینی و الیهای بین خرابی گسترش و آغاز رفتار بررسی در امیشن آکوستیک روش مطلوب عملکرد نشاندهنده پژوهش این است. کامپوزیتی نمونههای در الیهای بین جدایش رشد منحنی کلیدی: کلمات I حالت بارگذاری امیشن آکوستیک الیهای بین جدایش کنید: استفاده زیر عبارت از مقاله این به ارجاع برای Please cite this article using: Saeedifar, M., Ahmadi Najafabadi, M., Hosseini Toudeshky, H., and Mohammadi, R., Investigation of Initiation and Evolution of Delamination in Glass/Epoxy Laminated Composites Using Acoustic Emission Method. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 48(4), pp ahmadin@aut.ac.ir مکاتبات: عهدهدار و مسئول نویسنده

2 امیشن آکوستیک روش با شیشه/اپوکسی کامپوزیتی چندالیههای در آن رشد منحنی پیشبینی و بینالیهای جدایش ایجاد بررسی 1-1 مقدمه چندالیههای در خرابی نوع شایعترین 1 بینالیهای جدایش کامپوزیت خمشی مدول و استحکام کاهش به منجر که است کامپوزیتی اتفاق کامپوزیت الیههای بین در خرابی نوع این چون میشود] 2 1 [. آن تشخیص یا بوده قابلتشخیص غیر چشمی بازرسی با اغلب میافتد روشهای تاکنون بینالیهای جدایش تشخیص برای است. مشکل بسیار روش روشها این جمله از ]3[. ارائهشدهاست مختلفی غیرمخرب و ساخته امکانپذیر را سیستم بالدرنگ پایش که بوده 2 امیشن آکوستیک مییابد. افزایش سیستم اطمینان قابلیت ترتیب بدین انرژی سریع شدن آزاد اثر در ماده در االستیک تنش موج انتشار مزایای از ]2[. گویند امیشن آکوستیک را ماده در خرابی وقوع یا کرنشی میتوان کامپوزیتها خرابی بررسی در امیشن آکوستیک روش از استفاده مختلف انواع نمودن جدا قابلیت و کامپوزیت بالدرنگ پایش قابلیت به از الیاف جدایش 4 الیاف شکست 3 ماتریس ترکخوردگی همچون خرابی ]5-4[. نمود اشاره بینالیهای جدایش و 5 ماتریس بینالیهای جدایش رشد تجربی بررسی به ]6[ همکارش و بنزگاه ترکیبی حالت و II I حالت بارگذاری تحت شیشه/اپوکسی نمونههای در امیشن آکوستیک روش با ]7[ همکارش و رفاهی پرداختند. II و I تحت که پلیاستر/شیشه چندالیههای در را الیهای بین شکست چقرمگی ]8[ همکاران و سیلورساید کردند. بررسی داشتند قرار I حالت بارگذاری در الیهای بین شکست چقرمگی تعیین برای امیشن آکوستیک روش از حالت و II I حالت بارگذاری تحت که کربن/اپوکسی کامپوزیتهای با ]9[ همکارانش و فتوحی کردند. استفاده داشتند قرار II و I ترکیبی موجک تبدیل و فازی دستهبندی از استفاده و امیشن آکوستیک روش بینالیهای جدایش رشد حین در که را خرابی مختلف مکانیزمهای ار میافتند اتفاق نقطه سه خمش تحت شیشه/اپوکسی نمونههای در روشهای ترکیب با ]10[ همکاران و فروش پشم نمودند. دستهبندی گسترش حین در را خرابی مکانیزمهای 7 کا-مینز و 6 ژنتیک الگوریتم و رومانی نمودند. دستهبندی کامپوزیتی نمونههای در الیهای بین جدایش نمونههای در را الیهای بین جدایش خستگی رشد منحنی ]11[ همکاران نمودند. پیشبینی امیشن آکوستیک روش با کربن/اپوکسی در الیهای بین جدایش گسترش و ایجاد حاضر پژوهش در شبهاستاتیکی بارگذاری تحت اپوکسی شیشه/ چندالیهای کامپوزیتهای دو در الیهای بین خرابی رفتار میشود. بررسی امیشن آکوستیک روش با در خرابی آغاز مرحله بر اصلی تمرکز نخست بخش در شد. بررسی بخش نمونهها در خرابی آغاز مراحل امیشن آکوستیک روش با و بوده نمونهها آکوستیک مرجع الگوهای تعیین از پس بخش این در میشود. مشخص مختلف خرابیهای وقوع توالی خرابی مختلف مکانیزمهای برای امیشن نتایج و شده مشخص امیشن آکوستیک روش با I حالت نمونههای در شکست سطوح از روبشی الکترونی میکروسکوپ تصاویر با حاصل جدایش گسترش و رشد رفتار دوم بخش در شد. صحتسنجی نمونهها مکانیابی با بخش این در شد. بررسی امیشن آکوستیک با الیهای بین لحظهای موقعیت نمونهها در ترک رشد از ناشی خرابیهای سیگنالهای منظور به ادامه در شد. تعیین آن رشد حین در الیهای بین جدایش نوک کردن جدا برای جدید روندی امیشن آکوستیک پیشبینی نتایج بهبود پیشبینی نتایج بهبود به منجر که شد ارائه ناخواسته سیگنالهای با روش این از بهدستآمده نتایج مطلوب تطابق شد. امیشن آکوستیک آکوستیک روش مطلوب عملکرد بیانگر ]12[ استاندارد در شده روشارائه چندالیههای در الیهای بین جدایش رشد و ایجاد پیشبینی در امیشن است. کامپوزیتی تحقیق 2-2 روش نمونهها آمادهسازی و مواد 1-2- شیشه/ کامپوزیت جنس از آزمایشها در مورداستفاده نمونههای مطابق و دستی الیهچینی روش با و الیه 14 با نمونهها است. اپوکسی جدایش ایجاد منظور به شدند. ساخته ]12[ ASTM D5528 استاندارد تقریبی ضخامت با تفلون الیه یک نمونهها در اولیه بینالیهای نمونهها ابعاد گرفتهاست. قرار کامپوزیت میانی الیه دو بین در 20μm شدهاست. داده نشان 1 شکل در آزمایش نمونه است mm 3 میدهد. نشان را نمونه هر الیهچینی نوع و نمونهها انواع 1 جدول آزمایش تجهیزات 2-2- با HIWA مدل کشش آزمايش دستگاه از نمونهها بارگذاری برای آزمايش تحت 3 mm/min سرعت با قطعات شد. استفاده تن 5 ظرفيت و AEWin نرمافزار از نيز آکوستيکی دادههای ثبت برای گرفتند. قرار سنسور دو از شد. استفاده 1MHz دادهبرداری نرخ با PCI-2 سيستم محصول PICO نام به وسيع باند پهنای با تککريستال پيزوالکتريک در زمينه نويزهای حذف برای گرديد. استفاده R50D مدل PAC کمپانی شد. گرفته نظر در 35 db آستانه حد نمونهبرداری حين آزمایش روش 3-2- آزمایشگاهی نمونههای لودججدجمشخصات نمونه الیهچینی نوع )0 o ( تکجهته U )0 o -90 o ( بافتهشده W شدند. انجام ]12[ ASTM D5528 استاندارد براساس آزمایشها 1 Delamination 2 Acoustic Emission 3 Matrix Cracking 4 Fiber Breakage 5 Fiber/Matrix Debonding 6 Genetic Algorithm 7 K-Means 1395 زمستان 4 شماره 48 دوره مکانیک مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه 412

3 محمدی رضا تودشکی حسینی حسین نجفآبادی احمدی مهدی سعیدیفر میالد به بار و جابجایی میزان شدهاست. داده نشان 2 شکل در آزمایش فرآیند از استفاده با نیز ترک طول و شد ثبت کشش دستگاه توسط پیوسته طور نوری بزرگنمایی با SONY HDR-XR150 مدل فیلمبرداری دوربین به بینالیهای جدایش رشد حین در 300 X دیجیتال بزرگنمایی و 25 X گردید. ثبت پیوسته طور ]13[. شد سازه افتادگی کار از مانع آن مناسب از استفاده با نخست میشود. ارائه بخش دو در پژوهش نتایج در ماده رفتار و ماده در خرابی آغاز امیشن آکوستیک و مکانیکی دادههای و گسترش رفتار بررسی به سپس میگیرد. قرار بررسی مورد مرحله این میشود. پرداخته الیهای بین جدایش توسعه آزمایش لکششکشنمونه )الف( )ب( بارگذاری حال در آزمایش فرآیند در لکششکشنمونه نتایج و 3-3 بحث و مواد آسیب مکانیک و شکست مکانیک به مربوط بحثهای در نخست رویکرد در دارد. وجود کلی رویکرد دو کامپوزیتی مواد ویژه به با میشود سعی و بوده ماده در خرابی پیدایش لحظه بر اصلی تمرکز پیشگیرانه اقدامات انجام و ماده در خرابی ایجاد لحظه صحیح پیشبینی اولیه خرابی وجود فرض با دوم رویکرد در ]13[. شد خرابی ایجاد از مانع ماده در آسیب توسعه و گسترش چگونگی روی بر اصلی تمرکز ماده در کنترل با و نموده پیشبینی را آسیب توسعه رفتار میشود سعی و بوده امیشن آکوستیک روش با الیهای بین جدایش آغاز بررسی 1-3- نمونهها در الیهای بین جدایش آغاز رفتار بررسی به قسمت این در بین جدایش رشد و جابجایی نیرو- نمودارهای 3 شکل میشود. پرداخته رد که همانگونه میدهد. نشان را W و U نمونههای جابجایی الیهای- سه به میتوان را نمونهها جابجایی نیرو- نمودار است مشخص 3 شکل غیر نقطه از )II جابجایی نیرو- منحنی خطی ناحیه I( نمود: تقسیم ناحیه نمودار در بیشینه. نیروی از بعد )III و بیشینه نیروی تا منحنی شدن خطی داشته خطی رابطهای جابجایی و نیرو I ناحیه در U نمونه جابجایی نیرو- ابتدای در نشدهاست. مشاهده الیهای بین جدایش ماکروسکوپیک رشد و که میشود مشاهده نیرو-جابجایی نمودار در کوچک افت یک II ناحیه در الیهای بین جدایش رشد ماکروسکوپیک آغاز لحظه با متناظر افت این دلیل به لحظهای رشد این از پس شدهاست. ثبت دوربین با که بوده نمونه 4( )شکل جدایش نوک پشت در کوچک ناحیهای در الیاف پلزنی پدیده پدیده میشود. کند الیهای بین جدایش رشد و یافته افزایش مجددا نیرو میافتد اتفاق ترک نوک پشت در کوچکی ناحیه در که الیاف پلزنی باالیی و پایینی الیه به الیافها از تعدادی طرف دو اتصال از عبارتست ترک رشد برابر در نمونه مقاومت افزایش به منجر امر این که ترک الیافها نهایی تحمل حد به نیرو رسیدن و نیرو مجدد افزایش با میشود. ناگهانی جهشی الیهای بین جدایش رشد شده شکسته پلزده الیافهای میکند. افت نیرو و نموده مشاهده W و U نمونه دو الیهای بین جدایش رشد نمودار مقایسه با در داشته یکنواخت و پیوسته حالتی W نمونه در ترک رشد که میشود دلیل دارد. توقف ناگهانی- رشد حالت U نمونه در ترک رشد حالیکه این در است. تکجهته الیاف با نمونههای در الیاف زنی پل پدیده امر این شده کند ترک رشد ترک پشت در الیاف پلزنی پدیده وقوع با نمونهها برسد الیافها شکست حد به نیرو که زمانی و رفته باال آهسته آهسته بار میکند. رشد ناگهانی صورت به ترک نوک و شده شکسته الیافها زمستان 4 شماره 48 دوره مکانیک مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه

4 امیشن آکوستیک روش با شیشه/اپوکسی کامپوزیتی چندالیههای در آن رشد منحنی پیشبینی و بینالیهای جدایش ایجاد بررسی II و I نواحی بر ماده در خرابی آغازین مراحل بررسی منظور به شدهایم. متمرکز 3 شکل 8 سنتری تابع عنوان با تابعی از ماده در خرابی رفتار بررسی منظور به انرژی نسبت لگاریتم از است عبارت سنتری تابع میشود. استفاده ]14[ اثر در شده آزاد امیشن آکوستیک انرژی به ماده در شده ذخیره کرنشی ]14[: میشود بیان )1( رابطه با سنتری تابع آن. در خرابی E me )x) است( جابجایی )معموال آزمایش متغیر x )1( معادله در سیگنالهای انرژی E AE )x) و ماده در شده ذخیره کرنشی انرژی دامنه در فقط سنتری تابع است. ماده در شده ایجاد امیشن آکوستیک ثبت امیشن آکوستیک سیگنالهای آن در که Ω( AE ( امیشن آکوستیک ]14[. میشود تعریف شدهاند خرابی هنوز که نیرو پایین مقادیر در بارگذاری تحت سازه یک در ذخیره سازه در کرنشی انرژی نیرو مقدار افزایش با نیفتاده اتفاق سازه در انرژی از مقداری ماده در خرابی مختلف مکانیزمهای ایجاد با میشود. ایجاد باعث و شده آزاد لحظهای صورت به ماده در شده ذخیره کرنشی سیگنالهای انرژی به توجه با میشود. امیشن آکوستیک سیگنالهای این که میشود مشاهده سنتری تابع در ناگهانی افت امیشن آکوستیک افت این از پس میشود. داده نشان f 1 )x) تابع با سنتری تابع رفتار برابر در الیاف پلزنی یا سختی کرنش چون هم پدیدههایی اثر در ماده به حالت این در که میدهد نشان مقاومت خود از خرابیها این توسعه )تابع داشت خواهد صعودی سیر سنتری تابع کرنشی انرژی افزایش دلیل با و نکرده زیادی مقاومت خرابی توسعه برابر در ماده اینکه یا و f( 2 (x( سنتری تابع جدید امیشن آکوستیک سیگنالهای ایجاد و خرابی توسعه.]14[ )f 3 )x) )تابع داشت خواهد نزولی سیری پیوسته طور به 5 شکل در W و U نمونههای II و I نواحی برای سنتری تابع رفتار mm جابجایی تا U نمونه در 5 -الف شکل مطابق شدهاست. داده نشان وقوع با 2 mm جابجایی در است. نیفتاده اتفاق ماده در خاصی خرابی 2 دنبال به دارد. ناگهانی افتی سنتری تابع ماده در میکروخرابیها اولین سنتری تابع میکروخرابیها این توسعه برابر در ماده نسبی مقاومت با آن پیوسته طور به ماده مقاومت تدریجی کاهش با اما دارد. صعودی سیر که 3/3 mm جابجایی در که جایی تا میشود کاسته f 2 تابع شیب از دومین است ماده در الیهای بین جدایش ماکروسکوپیک رشد با متناظر ماده مجددا شدید افت این از پس میافتد. اتفاق سنتری تابع شدید افت میشود مشاهده که همانطور اما نموده مقاومت آسیب گسترش برابر در بیانگر امر این که بوده کمتر اولیه f 2 تابع به نسبت ثانویه f 2 تابع شیب نیرو که زمانی تا صعودی روند است. آسیب برابر در ماده مقاومت کاهش همراه شدید افت با آن از پس و داشته ادامه رسیده خود مقدار بیشینه به است. جابجایی در میکروخرابیها اولین وقوع با W نمونه نمودار در نمونه خالف بر W نمونه در اما دارد. شدید افتی سنتری تابع 2/7 mm سنتری تابع و نداده نشان مقاومت خود از آسیب توسعه برابر در ماده U جدایش ماکروسکوپیک رشد با 4/3 mm جابجایی در دارد. نزولی سیر رسیدن تا آن متعاقب و نموده بیشتری افت سنتری تابع الیهای بین مینماید. دنبال را خود نزولی سیر سنتری تابع مقدارش بیشینه به نیرو در میکروخرابی ایجاد با متناظر سنتری تابع شدید افت اولین بنابراین بین جدایش ماکروسکوپیک ایجاد با متناظر شدید افت دومین و بوده ماده هیچ 1 ناحیه در 5 شکل سنتری تابع نمودار در است. ماده در الیهای نخستین 2 ناحیه ابتدای در است. نشده ایجاد نمونهها در خرابی گونه جدید خرابیهای میکرو نیرو افزایش با و افتاده اتفاق میکروخرابیها و شده متصل هم به میکروخرابیها این 3 ناحیه ابتدای در و افتاده اتفاق میشود. مشاهده الیهای بین جدایش ماکروسکوپیک رشد 8 Sentry Function )(( ب( W و الف( U نمونه جابجایی ترک- رشد نیرو- لکششکشمنحنی پلزنی پدیده از ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک لکششکشتصاویر U نمونه در بینالیهای جدایش نوک پشت ناحیه در الیاف )الف( 1395 زمستان 4 شماره 48 دوره مکانیک مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه 414

5 محمدی رضا تودشکی حسینی حسین نجفآبادی احمدی مهدی سعیدیفر میالد روش با نمونهها در ایجادشده میکروخرابیهای بررسی برای امیشن آکوستیک سیگنالهای مشخصات باید ابتدا امیشن آکوستیک نمونههایی منظور بدین آورد. دست به جداگانه طور به را خرابی نوع هر و گرفتند قرار بارگذاری تحت و شده ساخته الیاف و خالص رزین از تصاویر شد. ثبت بارگذاری حین در آنها امیشن آکوستیک سیگنالهای سیگنالهای ثبت و خالص رزین و الیافها دسته بارگذاری به مربوط دادهشدهاست. نشان 8 و 7 شکلهای در آنها امیشن آکوستیک )ب( W ب( و U الف( نمونه سنتری تابع لکششکشرفتار با میدهد. نشان را W نمونه امیشن آکوستیک انرژی نمودار 6 شکل ماکروسکوپیک رشد آغاز با که است مشخص 6 و 3 -ب شکلهای مقایسه به امیشن آکوستیک سیگنالهای انرژی A( )نقطه الیهای بین جدایش شکل در شده انجام بزرگنمایی با که همانگونه اما مییابد. افزایش شدت انرژی با آکوستیکی فعالیتهای نیز A نقطه از قبل است مشخص 6 بر کامپوزیتها در ترک رشد مکانیزم به امر این که میشود مشاهده پایین متفاوت فلزات با پلیمری کامپوزیتی مواد در ترک رشد مکانیزم میگردد. نوک ناحیه در ابتدا الیاف با تقویتشده پلیمری کامپوزیتهای در است. زا الیاف جدایش و ماتریس ترکخوردگی قبیل از میکروخرابیهایی ترک یکدیگر به میکروخرابیها این اتصال و گسترش با و افتاده اتفاق ماتریس بنابراین ]15[. میکند رشد ماکروسکوپیک صورت به الیهای بین جدایش ماکروسکوپیک رشد از قبل مشاهدهشده ضعیف آکوستیکی فعالیتهای باشد. ماده در میکروخرابیها وقوع از ناشی میتواند الیهای بین جدایش آن امیشن آکوستیک سیگنالهای ثبت و الیاف کشش لکششکشآزمایش آکوستیک سیگنالهای ثبت و خالص رزین کشش لکششکشآزمایش آن امیشن W نمونه امیشن آکوستیک انرژی لکششکشتوزیع سازههای در خرابی مختلف مکانیزمهای تشخیص و شناسایی که میدهد را امکان این کاربر به وضعیت پایش روشهای با کامپوزیتی متناسب ترمیمی فرآیند و شده مطلع سازه در شده ایجاد خرابی وضعیت از ]16[. نماید اتخاذ سازه اصالح برای را خرابی آن با تقویتشده پلیمری کامپوزیتهای در خرابی میکرومکانیزمهای و ماتریس از الیاف جدایش ماتریس ترکخوردگی از: عبارتند الیاف با.] [ الیاف شکست از حاصل امیشن آکوستیک سیگنالهای فرکانسی تحلیل با آکوستیک الگوهای فوریه تبدیل روش با الیاف و خالص رزین بارگذاری شکل آمد. دست به نمونهها سیگنالهای دستهبندی برای مبنا امیشن و ماتریس شکست امیشن آکوستیک سیگنالهای فرکانسی محدوده 9 شکست است مشخص که همانگونه میدهد. نشان را الیاف شکست شکست و ]125kHz-250kHz[ تقریبی فرکانسی بازه دارای ماتریس حداکثر چون است. ]350kHz-450kHz[ فرکانسی بازه دارای الیاف 500 khz برابر نمونهها آزمایش حین در شده ثبت سیگنالهای فرکانس و الیاف شکست فرکانسی محدودههای کامل جدایش به توجه با بوده باقیمانده مکانیزم تنها به بازه( دو این میانی )محدوده باقیمانده بازه رزین مییابد. اختصاص ماتریس از الیاف جدایش یعنی سرعت و f( i ( فرکانس که دادهاند نشان ]19-18[ پیشین تحقیقات زمستان 4 شماره 48 دوره مکانیک مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه

6 بررسی ایجاد جدایش بینالیهای و پیشبینی منحنی رشد آن در چندالیههای کامپوزیتی شیشه/اپوکسی با روش آکوستیک امیشن )E i )τ i مدول االستیک ( )c i به زمان رهانش ( 9 موج االستیک یک خرابی ( ρ( i ماده وابسته بوده و با رابطه )2( نشان داده میشود: و چگالی ( بنابراین با توجه به اینکه نسبت مدول االستیک به چگالی برای الیاف بیشتر از ماتریس است فرکانس شکست الیاف بیشتر از فرکانس ترکخوردگی ماتریس است ]18[ که این امر با نتایج نشان داده شده در شکل 9 و نتایج ارائه شده در تحقیقات پیشین ] [ همخوانی دارد. سیگنال آکوستیک امیشن ثبت شده در ابتدای ناحیه 2 نمودار شکل 5 را نشان میدهد. همانگونه که مشخص است در این سیگنال محدوده فرکانسی معادل با محدوده فرکانسی ترکخوردگی ماتریس بیشترین فراوانی را داشته و شدت بازههای فرکانسی جدایش الیاف از ماتریس و شکست الیاف قابل صرفنظر هستند. بنابراین اولین میکروخرابی ایجادشده در ماده ترکخوردگی ماتریس بوده که این امر با تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطوح خرابی نمونه در آغاز ناحیه 2 )شکل 10- ب( و نتایج ارائهشده توسط سایر محققین مطابقت دارد ]22-21[. طیف فرکانسی سیگنال مربوط به اواسط ناحیه 2 در شکل 11- الف نشان داده شدهاست. در طیف فرکانسی این سیگنال عالوه بر محدوده فرکانسی ترکخوردگی ماتریس محدوده فرکانسی مربوط به جدایش الیاف از ماتریس و شکست الیاف نیز مشاهده میشود اما شدت فرکانسهای شکست الیاف کم است و این امر نشان میدهد که مکانیزم غالب در این ناحیه ترکخوردگی ماتریس و جدایش الیاف از ماتریس است. شکل 11 -ب تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از خرابیها در اواسط ناحیه 2 را نشان میدهد که این نتایج با نتایج آکوستیک امیشن همخوانی دارد. در طیف فرکانسی سیگنال آکوستیک امیشن مربوط به انتهای ناحیه 2 و اوایل ناحیه 3 )شکل 12 -الف( شدت بازه فرکانسی شکست الیاف افزایش یافتهاست. بنابراین در لحظه آغاز رشد ماکروسکوپیک جدایش بین الیهای همه مکانیزمهای خرابی در کامپوزیت فعال شدهاند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مربوط به خرابیهای این ناحیه در شکل 12 -ب نشان داده شدهاست. مکانیزم رشد ترک در کامپوزیتهای پلیمری تقویتشده با الیاف بدین صورت است که ابتدا در ناحیه نوک ترک ترکخوردگی ماتریس اتفاق میافتد. با افزایش این ترکخوردگیها و پیوستن آنها به یکدیگر در نواحی پیرامون الیافها جدایش الیاف از ماتریس اتفاق میافتد. سپس به دلیل جدا شدن الیاف از ماتریس و گسستهشدن ساختار ماده بار اعمالی بر الیاف از استحکام آن تجاوز نموده و منجر به شکست الیاف میشود ]22-21[. نتایج حاصل از آکوستیک امیشن )شکلهای 10 -الف 11 -الف و 12 -الف( با روند بیان شده مطابقت دارد. )(( )الف( )ب( لکششکشمحدوده فرکانسی الف( شکست ماتریس و ب( شکست الیاف با به دست آمدن این الگوهای مبنا سیگنالهای آکوستیک امیشن ثبت شده در حین آزمایش نمونهها تجزیه و تحلیل شدند. با استفاده از تبدیل فوریه توزیع فرکانسی سیگنالهای آکوستیک امیشن مربوط به مراحل مختلف بارگذاری بدست آمد. شکل 10- الف توزیع فرکانسی )الف( 9 Relaxation Time نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی مکانیک دوره 48 شماره 4 زمستان

7 محمدی رضا تودشکی حسینی حسین نجفآبادی احمدی مهدی سعیدیفر میالد )ب( میکروسکوپ تصویر ب( و سیگنال فرکانسی طیف لکشکشکشالف( 2 ناحیه ابتدای به مربوط خرابیهای روبشی الکترونی )الف( )ب( میکروسکوپ تصویر ب( و سیگنال فرکانسی طیف لکشکشکشالف( 3 ناحیه ابتدای و 2 ناحیه انتهای به مربوط خرابیهای روبشی الکترونی )الف( )ب( میکروسکوپ تصویر ب( و سیگنال فرکانسی طیف لکشکشکشالف( 2 ناحیه اواسط به مربوط خرابیهای روبشی الکترونی امیشن آکوستیک با الیهای بین جدایش رشد بررسی 2-3- قسمت این در نمونهها در الیهای بین جدایش آغاز بررسی از پس میشود. پرداخته الیهای بین جدایش گسترش و رشد رفتار بررسی به رد میآید. شمار به مهم امری همواره سازهها در ترک رشد پیشبینی الیهای بین جدایش نوک لحظهای موقعیت تعیین منظور به بخش این منظور بدین میشود. استفاده امیشن آکوستیک روش از آن رشد حین در سرعت شود. تعیین نمونهها در امیشن آکوستیک امواج سرعت باید ابتدا شکستن استاندارد آزمون از استفاده با نمونهها در امیشن آکوستیک امواج آزمایش هر نتایج تکرارپذیری بررسی منظور به میشود. تعیین مداد نوک رشد به صوت سرعت وابستگی بررسی برای همچنین شد. تکرار بار سه موج سرعت نمونه بازوهای در شده ایجاد خمش و الیهای بین جدایش دهانه بازشدگی مختلف مقدار سه در و آزمایش حین در امیشن آکوستیک 2 جدول شد. اندازهگیری مختلف الیهای بین جدایش طول و نمونه میدهد. نشان نمونهها در را امیشن آکوستیک امواج سرعت مقادیر زمستان 4 شماره 48 دوره مکانیک مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه

8 امیشن آکوستیک روش با شیشه/اپوکسی کامپوزیتی چندالیههای در آن رشد منحنی پیشبینی و بینالیهای جدایش ایجاد بررسی نمونهها در امیشن آکوستیک امواج لودججدجسرعت سیگنالهای الیهای بین جدایش رشد و نمونهها بارگذاری با آکوستیک سیگنالهای میشوند. تولید نمونهها در امیشن آکوستیک نوک از قبل 15 mm اول سنسور میگردند. ثبت سنسور دو توسط امیشن بعد 80 mm فاصله در دوم سنسور و داشته قرار اولیه الیهای بین جدایش فرآیندهای و روش این از استفاده با گرفتهاست. قرار اولیه جدایش نوک از هک نویز سیگنالهای امیشن آکوستیک سیگنالهای ثانویه پردازش اصطکاک و محیط همچون سنسور دو بین فضای از خارج ناحیه از انجام از پس میشوند. حذف گرفته نشأت کشش دستگاه اجزای بین بیشتر استمرارشان زمان از آنها رشد زمان که سیگنالهایی آزمایشها سیگنالهایی سپس میشوند. حذف صفر انرژی با سیگنالهایی و بوده کنند صدق )3( معادله شرط در و شده ثبت سنسور دو هر توسط که و )C( نمونه در صوت سرعت بودن معلوم با حال میشوند. مشخص به خرابی هر به مربوط امیشن آکوستیک موج رسیدن زمان اختالف مشخص )3( معادله از استفاده با x( 2 و x 1 ( خرابی موقعیت )t ( سنسورها 13(. )شکل میشود امیشن آکوستیک مکانیابی فرآیند از لکشکشکششماتیکی الیهای بین جدایش نوک پیشبینیشده لحظهای موقعیت 14 شکل شده ثبت جدایش نوک موقعیت و امیشن آکوستیک مکانیابی روش با 14 شکل در که همانطور میدهد. نشان W نمونه در را چشمی روش به کلی روند امیشن آکوستیک روش با بهدستآمده نتایج است مشخص آکوستیک نتایج باند پهنای و پراکندگی اما داده نشان درست را ترک رشد و امیشن آکوستیک نتایج باند پهنای کاهش منظور به است. زیاد امیشن مییابد. توسعه زیر صورت به روشی ترک نوک موقعیت دقیقتر تخمین 22-21[ 5 ]1 پیشین تحقیقات براساس شد بیان که همانگونه مکانیزمهای انواع کامپوزیتها در الیهای بین جدایش رشد حین در الیاف جدایش و ماتریس ترکخوردگی الیاف شکست قبیل از خرابی سیگنالهای انرژی و دامنه فرکانس محدوده میافتند. اتفاق ماتریس از رد الیهای بین جدایش نوک لحظهای موقعیت لکشکشکشپیشبینی امیشن آکوستیک روش با W نمونه سایر از متمایز حدودی تا خرابی مکانیزمهای این از کدام هر به مربوط ناحیه در تنش تمرکز نمونه بارگذاری حین در [ ]1 است خرابیها راستای چون ولی میشود ماتریس ترکخوردگی به منجر ترک نوک جلو قرارگیری صفحه بر عمود و نمونه ضخامت امتداد در بیشینه تنش این نمیشود. ترک نوک جلو در الیاف شکست به منجر بنابراین است الیافها ناحیه در و بازوها خمش اثر در میتواند ماتریس ترکخوردگی همچنین شکست که حالی در بیفتد. اتفاق نمونه( بازوهای ناحیه ( ترک نوک پشت پلزدهشده الیافهای شکستهشدن علت به که است پدیدهای الیافها اتفاق ترک نوک پشت در کوچکی ناحیه در ترک پایینی و باالیی الیه بین ماتریس ترکخوردگی وقوع محل پراکندگی دلیل به بنابراین میافتد. ترکخوردگی آکوستیکی مشخصههای براساس دادهها نمودن فیلتر با فیلتر با که حالی در نمیکند چندانی تغییر نتایج باند پهنای ماتریس فقط الیاف شکست آکوستیکی مشخصات براساس سیگنالها نمودن میتوان و میمانند باقی ترک نوک پشت کوچک ناحیه سیگنالهای نمود. پیشبینی دقیقتر را الیهای بین جدایش نوک موقعیت در امیشن آکوستیک نتایج باند پهنای و پراکندگی کاهش منظور به آکوستیک روش با ترک نوک موقعیت پیشبینی دقت افزایش و 14 شکل آنها فرکانس و نبوده الیاف شکست به مربوط که سیگنالهایی امیشن 85 db بازه از خارج آنها دامنه و 450 khz تا 350 khz بازه از خارج از استفاده با 15 -الف شکل مطابق میشوند. فیلتر دارد قرار 105 db تا و یافته کاهش امیشن آکوستیک نتایج باند پهنای و پراکندگی روش این مجدد بهبود منظور به مییابد. افزایش ترک نوک موقعیت پیشبینی دقت شده گرفته میانگین شدهاند ثبت زمان یک در که سیگنالهایی از نتایج زیاد بسیار پراکندگی با سیگنالهایی حذف با ادامه در و 15 -ب( )شکل به 15 -ج شکل مطابق ترک رشد پیشبینی منحنی میانگین به نسبت شکست پدیده اینکه دلیل به شد بیان قبال که همانطور میآید. دست واسط الیه شکست اثر در چه و پلزده الیافهای شکست اثر در چه الیاف باالی حد بنابراین میافتد اتفاق الیهای بین جدایش نوک پشت ناحیه در نوک لحظهای موقعیت بیانگر 15 -ج شکل در امیشن آکوستیک نتایج )(( 1395 زمستان 4 شماره 48 دوره مکانیک مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه 418

9 محمدی رضا تودشکی حسینی حسین نجفآبادی احمدی مهدی سعیدیفر میالد است. الیهای بین جدایش )الف( روش با شده پیشبینی الیهای بین جدایش رشد لکشکشکشمنحنی 1mm/min بارگذاری نرخ تحت تکجهته نمونه برای امیشن آکوستیک موقعیت پیشبینی اختالف بیشینه و میانگین مقادیر 3 جدول چشمی روش و امیشن اکوستیک روش برای را جدایش نوک لحظهای میدهد. نشان ترک نوک لحظهای موقعیت اختالف بیشینه و لودججدجمیانگین چشمی روش و امیشن آکوستیک نتایج براساس )%( اختالف بیشینه )%( اختالف میانگین نمونه % 8 % 3/5 U % 10 % 4/4 W )ب( )ج( روش با شده پیشبینی الیهای بین جدایش رشد لکشکشکشمنحنی W نمونه برای امیشن آکوستیک سایر برای پیشنهادی روش عملکرد درستی بررسی منظور به 1 mm/min نرخ با بارگذاری تحت جهته تک الیاف با نمونهای حاالت اب پیشبینیشده الیهای بین جدایش رشد منحنی 16 شکل گرفت. قرار است مشخص که همانگونه میدهد. نشان را امیشن آکوستیک روش بین جدایش رشد منحنی پیشبینی در مطلوبی عملکرد امیشن آکوستیک است. داشته الیهای 4-4 نتیجهگیری چندالیههای در خرابی مکانیزم شایعترین الیهای بین جدایش بین جدایش گسترش و ایجاد حاضر پژوهش در است. کامپوزیتی تکجهته الیاف با اپوکسی شیشه/ چندالیهای کامپوزیتهای در الیهای امیشن آکوستیک روش با شبهاستاتیکی بارگذاری تحت بافتهشده و بخش در شد. بررسی بخش دو در الیهای بین خرابی رفتار شد. بررسی روش با و بود نمونهها در خرابی آغاز مرحله بر اصلی تمرکز نخست مشخص شد. مشخص نمونهها در خرابی ایجاد مراحل امیشن آکوستیک بوده ماتریس ترکخوردگی میشود فعال که خرابی مکانیزم اولین که شد شکست نهایت در و افتاده اتفاق ماتریس از الیاف جدایش آن از پس تکجهته نمونههای در الیاف پلزنی پدیده دلیل به میدهد. رخ الیافها نمونههای از بیشتر بینالیهای جدایش رشد برابر در نمونهها این مقاومت رفتار و روبشی الکترونی میکروسکوپ تصاویر که بود بافتهشده الیاف با و رشد دوم بخش در نمود. تأیید را امر این نیز نمونهها سنتری تابع به بخش این در شد. بررسی نمونهها در الیهای بین جدایش گسترش با رشد حین در الیهای بین جدایش نوک لحظهای موقعیت تعیین منظور نمونهها در امیشن آکوستیک امواج سرعت ابتدا امیشن آکوستیک روش ریاضی روابط از استفاده با و سنسورها چیدمان به توجه با سپس شد. تعیین شد. تعیین نمونهها در الیهای بین جدایش نوک لحظهای موقعیت موجود زمستان 4 شماره 48 دوره مکانیک مهندسی - امیرکبیر پژوهشی علمی نشریه

10 بررسی ایجاد جدایش بینالیهای و پیشبینی منحنی رشد آن در چندالیههای کامپوزیتی شیشه/اپوکسی با روش آکوستیک امیشن Structural Integrity Program, Tehran, Iran (In Persian). [5] Nazmdar Shahri M., Yousefi J., Hajikhani M., Ahmadi Najafabadi M., Determination of delamination in composite materials under mode I loading using acoustic emission, 11th Iranian Conference on Manufacturing Engineering, Tabriz, Iran (In Persian). [6] Benzeggagh M.L., Kenane M., Measurement of mixed-mode delamination fracture toughness of unidirectional glass/epoxy composites with mixedmode bending apparatus, Composites Science and Technology, 56, No. 4, pp [7] Refahi Oskouei A., Ahmadi M., Acoustic emission characteristics of mode I delamination in glass/polyester composites. Journal of Composite Materials, 44, No. 7, pp [8] Silversides I., Maslouhi A., LaPlante G., Interlaminar fracture characterization in composite materials by using acoustic emission. 5th International Symposium on NDT in Aerospace, Singapore. [9] Fotouhi M., Heidary H., Ahmadi M., Pashmforoush F., Characterization of composite materials damage under quasi-static three-point bending test using wavelet and fuzzy C-means clustering, Journal of Composite Materials, 46, No. 15, pp [10] Pashmforoush F., Fotouhi M., Ahmadi M., Damage characterization of glass/epoxy composite under three-point bending Test using acoustic emission technique, Journal of Materials Engineering and Performance, 21, Issue 7, pp [11] Romhany G., Szebényi G., Interlaminar fatigue crack growth behavior of MWCNT/carbon fiber reinforced hybrid composites monitored via newly developed acoustic emission method, Express Polymer Letters, 6, No. 7, pp [12] ASTM D , Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites, ASTM International, West Conshohocken, PA. [13] Sih G. C., Mechanics of Fracture Initiation and Propagation, Springer. [14] Cesari F., Dal Re V., Minak G., Zucchelli A., Damage and residual strength of laminated carbon epoxy composite circular plates loaded at the centre, Composites: Part A, 38, pp [15] Anderson T.L., Fracture Mechanics; fundamentals and applications, 4th Edition, Taylor & Francis, pp به منظور بهبود نتایج پیشبینیشده فرآیندی برای فیلتر نمودن دادههای آکوستیک امیشن ارائه شد. نتایج بهدستآمده از این پژوهش نشاندهنده عملکرد مطلوب روش آکوستیک امیشن در بررسی رفتار آغاز و گسترش خرابی بین الیهای و پیش بینی منحنی رشد جدایش بین الیهای در نمونههای کامپوزیتی است. 5-5 فهرست عالئم و نشانهها 6-6 مراجع [1] Fotouhi M., Heidari H., Pashmforoush F., Ahmadi M., Composite materials damage characterization under quasi-static 3-point bending test using fuzzy c-means clustering. Applied Mechanics and Materials, , pp [2] Hajikhani M., Soltannia B., Refahi Oskouei A., Ahmadi Najafabadi M., Monitoring of delamination in laminated composites using acoustic emission, 4th Conference of Condition Monitoring & Fault Detection, Tehran, Iran (In Persian). [3] Amenabar I., Mendikute A., López-Arraiza A., Lizaranzu M., Aurrekoetxea J., Comparison and analysis of non-destructive testing techniques suitable for delamination inspection in wind turbine blades, Composites Part B: Engineering, 42, No. 5, pp [4] Yousefi J., Ahmadi Najafabadi M., Nazmdar M., Hajikhani M., Investigation of damage mechanisms in glass/epoxy composites using acoustic emission method, 1st Conference of Iranian Aircraft نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی مکانیک دوره 48 شماره 4 زمستان

11 میالد سعیدیفر مهدی احمدی نجفآبادی حسین حسینی تودشکی رضا محمدی composites, Composites Science and Technology, 55, pp [20] Arumugam V., Suresh Kumar C., Santulli C., Sarasini F., Stanley A. J., A Global Method for the Identification of Failure Modes in Fiberglass Using Acoustic Emission Journal of Testing and Evaluation, 39, Issue 5, pp [21] Talreja R., Singh C.V., Damage and Failure of Composite Materials, Cambridge University Press, pp [22] Talreja R., Internal variable damage mechanics of composite materials. In Yielding, Damage, and Failure of Anisotropic Solids, editor: Boehler J.P., London: Mechanical Engineering Publications, pp [16] McCrory J. P., Al-Jumaili S. K., Crivelli D., Pearson M. R., Eaton M. J., Featherston C. A., Guagliano M., Holford K. M., Pullin R., Damage Classification in Carbon Fibre Composites Using Acoustic Emission: A Comparison of Three Techniques, Composites: Part B, 68, pp [17] Ziehl P.H., Development of a damage based design criterion for fiber reinforced vessels, Ph.D Thesis, The University of Texas at Austin. [18] Bohse J., Acoustic Emission Characteristics of Micro-failure Processes in Polymer Blends and Composites, Composites Science and Technology, 60, Issue 8, pp [19] Groot P.J., Wijnen A. M., Janssen R. B. F., Realtime frequency determination of acoustic emission for different fracture mechanisms in carbon/epoxy 421 نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی مکانیک دوره 48 شماره 4 زمستان 1395

12