رفتارسنجی خمشی کامپوزیت الیاف کربن/اپوکسی توسط روش نشرآوایی

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

نیما بهشتی زاده ¹ (دانش آموخته کارشناسی ارشد)
امیر مصطفی پور ² (دانشیار / دانشگاه تبریز)

Received: 2016-02-05 Accepted : 2017-02-26 Published : 2016-04-20

Keywords: کامپوزیت, الیاف کربن/اپوکسی, آکوستیک امیشن, مانیتورینگ بارگذاری, تست غیر مخرب,

Abstract :

کامپوزیت الیاف کربن/اپوکسی یکی از پرکاربردترین کامپوزیت‌های زمینه پلیمری می-باشد که به دلیل خواص ویژه‌ای از قبیل استحکام بالا نسبت به وزن، سفتی ویژه بالا، مقاومت خوردگی بالا و مقاومت در برابر تابش اتمی، مصرف بالایی در صنایع مختلف از جمله صنایع هوافضا دارد. به همین جهت مانیتورینگ بارگذاری این نوع کامپوزیت امری مهم است. به منظور شناسایی مکانیزم‌های خرابی کامپوزیت‌ها، روش آکوستیک امیشن کارایی بهتری در مقایسه با آزمون‌های غیر مخرب دیگر دارد. در این پژوهش از روش آکوستیک امیشن برای مانیتورینگ بارگذاری خمشی کامپوزیت الیاف کربن در زمینه اپوکسی استفاده شد. بدین منظور رفتار خمشی کامپوزیت و ارتباط آن با سیگنال‌های ساطع شده از نمونه تحت بارگذاری بررسی گردید. بکارگیری هر دو روش‌ تبدیل فوریه زمان کوتاه و تبدیل موجک در این پژوهش، نتیجه یکسان آن‌ها را در پی داشت. با استفاده از تبدیل فوریه زمان کوتاه، فرکانس بیشینه در این بارگذاری در حدود 140 کیلوهرتز تعیین شد که روش تبدیل موجک نیز همین محدوده را تایید کرد. محدوده زمانی رویدادهای رخ داده در نمونه تحت بارگذاری توسط نمودارهای برخط به دست آمده از سیستم آکوستیکی مانیتور گردید و در نهایت مکانیزم‌های شکست کامپوزیت با تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی تایید شد. محدوده‌های زمانی و روند صعودی نمودارها، صحت سنجی خوبی با نمودار خمشی بر جای گذاشت.

References:

[1] Khamedi R., Nikmehr M., Identification of effects of Nylon nanofibers in carbon-epoxy composite properties by Acoustic Emission, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, 2015, No. 4, pp. 355-360.

[2] Fotouhi M., Pashmforoush F., Shokri V., Ahmadi M., Investigation of damage mechanisms during delamination in composites by use of Wavelet Transform, 3rd International Conference on Manufacturing Engineering, 2011,Tehran, Iran.

[3] Hajikhani M., Soltannia B., Oskouei A.R., Ahmadi M., Monitoring of delamination in composites by use of Acoustic Emission, 3rd Condition Monitoring & Fault Diagnosis Conference, 2009, Tehran, Iran.

[4] 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, Vol. 42, 2011, No. 5, pp. 1298-1305.

[5] Saeedifar M., Fotouhi M., Mohammadi R., Ahmadi Najafabadi M., Hosseini Toudeshky H., Investigation of delamination and interlaminar fracture toughness assessment of Glass/Epoxy composite by acoustic emission, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, 2014, No. 4, pp. 1-11.

[6] Shahri M.N., Yousefi J.,  Hajikhani M., Ahmadi M., Investigation of delamination in composite materials using acoustic emission, 19rd National Conference on Manufacturing Engineering, 2010, Tabriz, Iran.

[7] Williams JH., Lee SS., Acoustic emission monitoring of fiber composite materials and structures, Journal of Composite Materials, Vol 12, 1978; No.4, pp.348–370.

[8] de Groot P.J., Wijnen P.A.M., Janssen R.B.F., Real-time frequency determination of acoustic emission for different fracture mechanisms in carbon/epoxy composites, Composite Science and Technology, Vol 55, 1995; No.4, pp.405–412.

[9] Yu Y.H., Choi J.H., Kweon J.H., Kim D.H., A study on the failure detection of composite materials using an acoustic emission. Composite Structure, Vol 75, 2006,No. 4, pp. 163–169.

[10] Woo S.C., Choi N.S., Analysis of fracture process in single-edge-notched laminated composites based on the high amplitude acoustic emission events. Composite Science and Technology, Vol. 67, 2007, No. 8, pp. 1451–1458.

[11]Giordano M., Calabro A., Esposito C., Damorec A., Nicolais L., An acoustic emission characterization of the failure modes in polymer-composite materials. Composite Science and Technology, Vol 58, 1998, No. 12, , pp. 1923–1928.

[12] Loutas T.H., Kostopoulos V., Health monitoring of carbon/carbonwoven reinforced composites. Damage assessment by using advanced signal processing techniques. Part I: Acoustic emission monitoring and damage mechanisms evolution. Composite Science and Technology, Vol. 69, 2009, No. 2, pp. 265–272.

[13] Sasikumar T., Rajendraboopathy S., Usha K.M., Vasudev E.S., Failure strength prediction of unidirectional tensile coupons using acoustic emission peak amplitude and energy parameter with artificial neural networks. Composite Science and Technology, Vol. 69, 2009, No. 7, pp. 1151–1155.

[14] Oliveira R., Marques A.T., Health monitoring of FRP using acoustic emission and artificial neural networks. Computer Structural, Vol. 86, 2008, No.3, pp. 367–373.

[15] Czigany T., Special manufacturing and characteristics of basalt fiber reinforced hybrid polypropylene composites: Mechanical properties and acoustic emission study, Composite Science and Technology, Vol. 66, 2006, No. 16, pp. 3210–3220.

[16] Paget C. A., Delamination Location and Size by Modified Acoustic Emission on Cross-ply CFRP Laminates during Compression-Compression Fatigue Loading, ICCM17proceedings, 2009, UK.

[17] Bourchak M., Farrow I. R., Bond I. P., Rowland C. W., Acoustic Emission study of damage accumulation in CFRP composites under block loading, 11th European Conference on Composite Materials, 2004, Greece.

[18] Guo Y.B., Ammula S.C., Real time acoustic emission monitoring for surface damage in hard machining, International journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 45, 2005, No.5, pp. 1622-1627.

[19] Zarif Karimi N., Heidary H., Ahmadi M., Rahimi A., Farajpur M., Monitoring of residual tensile strength in drilled composite laminates by acoustic emission, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, 2014, No. 15, pp. 169-183.

[20] Marec A., Thomas J.H., Guerjouma R.EI., Damage characterization of polymer-based composite materials: Multivariable analysis and wavelet transform for clustering acoustic emission data, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 22, 2008, No. 2, pp. 1441-1464.

[21] Ni Q.Q., Iwamoto M., Wavelet transform of acoustic emission signals in failure of model composites, Engineering Fracture Mechanic, Vol. 69, 2002, No.1, pp. 717-728.

[22] Soman K.P., Ramachandran K. I., Insight into Wavelets From Theory To Practice 2Nd Ed, Prentice-Hall Of India Pvt. Limited, 2005.

[24] Oskouei A.R., Ahmadi M., Acoustic Emission Characteristics of Mode I Delamination in Glass/Polyester Composites, Journal of Composite Materials, Vol. 44, 2010, No. 7, pp. 793-807.