امواج لمب از امواج هدایت شده مکانیکی می باشند که در ورق ها و پوسته ها انتشار می یابند و سرعت آن ها وابسته به فرکانس می باشد. امروزه محققان از این امواج برای شناسایی نقص در سازه ها بهره می گیرند. این امر به دلیل خاصیت امواج لمب می باشد که می توانند در سراسر سازه انتشار یابند و در صورت وجود نقص به سرعت تحت تأثیر قرار گیرند. استفاده از این روش در مقابل روش های سنتی با توجه به پیچیده، پرهزینه و زمان بر بودنشان، مطلوب می باشد. به عنوان نوآوری در این پژوهش، اثر انتشار امواج لمب در ورق های لایه ای الیاف-فلز سفتی متغیر متقارن بررسی شده است و جهت این امر از روش اجزاء محدود استفاده شده است. در این تحلیل در لایه های کامپوزیتی به جای الیاف مستقیم از الیاف منحنی شکل استفاده شده و اثر تعداد لایه ها، ابعاد ورق و شرایط مرزی بر انتشار امواج فوق بررسی شده است. همچنین جهت بررسی صحت مدل، سه فرکانس اول سازه با چند مرجع مختلف مورد مقایسه قرارگرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد، امواج لمب در طول ورق انتشاریافته و با برخورد به مرزهای ورق یا نقص در سازه منعکس می گردند و حالت انتشار یکنواخت خود را از دست می دهند. بر اساس این بررسی می توان از این روش در شناسایی وجود نقص در سازه های لایه ای الیاف-فلز سفتی متغیر بهره برد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این پژوهش، خواص فشاری چند لایه های الیاف-فلز شامل ورق آلومینیوم 3T-2024 به همراه کامپوزیت زمینه اپوکسی تقویت شده با هیبرید الیاف جوت و الیاف شیشه بررسی شد. به منظور بهبود چسبندگی ورق های آلومینیوم با الیاف، این ورق ها توسط روش حکاکی شیمیایی اصلاح سطح شدند. همچنین به منظور بهبود خواص مکانیکی و رفتار چسبندگی الیاف جوت، اصلاح سطحی به روش بازی انجام و توسط طیف سنجی مادون قرمز تایید شد. نمونه ها براساس هشت حالت چینش متفاوت الیاف جوت-شیشه به صورت لایه گذاری دستی ساخته شدند. آزمون فشار لبه ای روی نمونه ها انجام شده و حداکثر بار اعمالی، حداکثر استحکام فشاری، انرژی جذب شده هنگام شکست و انرژی جذب شده ویژه محاسبه شدند. سه حالت شکست شامل تورق و جدایش یکی از رویه ها از الیاف، تخریب ستونی همراه با تورق رویه ها در جهات مخالف و حالت کمانش اویلری در نمونه ها مشاهده شد. با مقایسه حالات شکست و نتایج آزمون فشار لبه ای، پی برده شد که حالت شکست کمانش اویلری مطلوب ترین حالت شکست می باشد. همچنین بررسی نمودارهای نیرو-جابه جایی و حالات شکست نمونه ها نشان داد که نمونه هیبریدی با ترتیب چینش الیاف شیشه-جوت-شیشه-جوت-شیشه بیشترین استحکام فشاری (MPa 1/102) و انرژی جذب شده ویژه (kJ/kg 6/1123) را دارا بوده و شکست آن (حالت کمانش اویلری) به صورت چند مرحله ای و کنترل شده می باشد.

امروزه در سطح دنیا با پیشرفت روز افزون تکنولوژی های ساخت و طراحی، امکان ساخت کامپوزیت های الیاف- فلز با سفتی متغیر فراهم شد ه است. این کامپوزیت ها باتوجه به دارا بودن مزایای همزمان فلز و کامپوزیت، در صنایع مختلف  به ویژه در صنعت هوایی بسیار کاربرد دارند. به عنوان نوآوری در این پژوهش، تحلیل فرکانسی صفحات لایه ای الیاف- فلز سفتی متغیر تحت بار حرارتی با روش نوار محدود نیمه تحلیلی بر مبنای تئوری کلاسیک صفحات مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، اثرات شرایط مرزی، لایه چینی، تعداد لایه ها و اثر ابعاد هندسی بر رفتار فرکانسی صفحات فوق مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان می دهد فرکانس صفحات الیاف- فلز سفتی متغیر در شرایط مرزی مختلف با افزایش درجه حرارت، ضخامت و  قیدهای صفحه افزایش می یابد. تغییر راستای الیاف و تغییر ابعاد هندسی نیز بر فرکانس صفحات تاثیرگذار است. جهت صحه سنجی، بخشی از نتایج با چند مرجع مختلف مقایسه و درستی نتایج تایید شد ه است.

چندلایه ای های فلز- الیاف از کنار هم قرار گرفتن صفحات فلزی و لایه های ساخته شده از کامپوزیت های الیافی تشکیل می شوند. خواص مکانیکی مناسب، باعث شده این کامپوزیت ها کاربرد گسترده ای در صنایع، به ویژه صنایع هواپیماسازی پیدا کنند. در این پژوهش، رفتار چندلایه ای های فلز- الیاف زیر بار ضربه بررسی شده است. در تحلیل چندلایه ای ها از روش انرژی استفاده شد. در این روش با استفاده از شکل ساده شده معادلات فون- کارمن جمله های مختلف انرژی برای سازه زیر بار ضربه محاسبه شد. به منظور انجام آزمون های تجربی نیز دو گروه نمونه با زاویه الیاف متفاوت ساخته شد و هر نمونه در دو سطح مختلف انرژی، به وسیله دستگاه ضربه ثقلی مورد آزمایش قرار گرفت. در هر دو سطح انرژی، نمونه های متقارن از نمونه های نامتقارن مقاومت بیشتری نشان دادند. با افزایش سرعت اولیه ضربه زننده و در نتیجه افزایش انرژی ضربه در محدوده بررسی شده، تعداد لایه های جداشده، مساحت ناحیه جدایش لایه ها و نیز تعداد لایه های شکسته شده افزایش می یابد، اما روند جذب انرژی برای نمونه ها درمقایسه با سطح کمتر انرژی، تغییری نمی کند. مقایسه نتایج تحلیلی با نتایج تجربی نشان داد، روش تحلیلی به کار گرفته شده برای پیش بینی خواص ضربه چندلایه ای های فلز- الیاف مناسب است.

در پروازهای مافوق صوت معمولاً پوسته­ی وسیله پرنده با مشکلات سازه­ای و ناپایداری های دینامیکی، از جمله پنل فلاتر مواجه می­شود. در کار حاضر رفتار فلاتر صفحات چندلایه کامپوزیتی سفتی متغیر با الیاف منحنی شکل در معرض جریان هوای مافوق صوت جانبی بررسی شده است. در هر لایه از صفحه، جهت الیاف به صورت خطی در طول صفحه تغییر می کند. به منظور شبیه­سازی رفتار حاکم بر سازه از نظریه کلاسیک ورق استفاده می­شود و اثر نیروهای آیرودینامیکی توسط نظریه پیستون مرتبه اول مدل سازی شد. در پژوهش حاضر روش ریلی ریتز برای حل معادلات آیروالاستیک حاکم بر صفحات چندلایه کامپوزیتی سفتی متغیر با الیاف منحنی شکل توسعه داده شده است و فشار آیرودینامیکی بحرانی آستانه وقوع فلاتر استخراج گردید. روش حاضر باتوجه به سایر پژوهش­ها صحت سنجی شده و باتوجه به دقت نتایج کارایی روش اثبات گردید. در ادامه، بررسی رفتار فلاتر صفحات چندلایه کامپوزیتی سفتی متغیر با الیاف منحنی شکل انجام شده و اثرات تغییر در زوایای الیاف، زاویه جانبی جریان و نسبت منظری صفحه بر فشار آیرودینامیکی و فرکانس بحرانی آستانه وقوع فلاتر مطالعه گردید. نتایج نشان می دهد که فشار آیرودینامیکی و فرکانس بحرانی آستانه وقوع فلاتر به جهت جریان جانبی و جهت گیری الیاف وابسته هستند. بیشترین فشار آیرودینامیکی آستانه وقوع فلاتر زمانی مشاهده می شود که زاویه جریان جانبی با زاویه الیاف در میان صفحه هم­راستا شود.

امروزه کامپوزیت های لایه ای فلز- الیاف به واسطه دارابودن خواص مکانیکی خوب و وزن کم بسیار مورد توجه طراحان به ویژه در صنایع هوافضا، قرار گرفته اند. در پژوهش حاضر، نمونه های کامپوزیتی آلومینیوم- شیشه به روش لایه گذاری دستی ساخته شد و اثر تغییر زاویه الیاف، چگونگی لایه گذاری و مقاومت به ضربه آنها به طور عملی مورد بررسی قرار گرفت. نمونه ها طبق استاندارد ASTM D256-93a ویژه پلاستیک ها و استاندارد ASTM E23-01، که برای فلزات است، در دو اندازه کوچک و بزرگ تهیه و در دو دستگاه آزمون ضربه با ظرفیت انرژی کم و زیاد آزمایش شدند. نتایج حاصل از آزمون ضربه چارچی نشان می دهد که وجود لایه کامپوزیتی با زاویه الیاف صفر درجه خواص ضربه ای را به شدت بهبود می بخشد. از سوی دیگر محل قرارگیری لایه ها نیز بسیار مهم است. درباره جنس لایه ها نیز می توان گفت، وجود لایه های آلومینیومی بیش از لایه های کامپوزیتی خواص مکانیکی را بهبود می بخشد و نیز مقدار جذب انرژی نمونه ها در دستگاه با ظرفیت انرژی زیاد، بیشتر از مقدار انرژی جذب شده در دستگاه با ظرفیت انرژی کم است.

امروزه، چندلایه های الیاف-فلز کاربردهای زیادی در صنایع هوایی، دریایی و خودرو به دست آورده اند. این ساختارها شامل ورق های نازک فلزی اتصال یافته به کامپوزیت پیش آغشته می باشند. شناسایی و تعمیر ترک های داخلی ایجاد شده در چندلایه های الیاف-فلز، با روش های مرسوم مشکل است. برای غلبه بر این مشکل، در این پژوهش یک سیستم پلیمری خودترمیم شونده بر اساس میکرولوله های شیشه ای توخالی خردشده معرفی شده است که به بررسی استحکام خمشی چندلایه های الیاف-فلز با آرایش آلومینیوم 2024/رزین اپوکسی-الیاف شیشه; نوع E/آلومینیوم 2024، پس از تخریب می پردازد. میکرولوله های شیشه ای پرشده با عوامل ترمیمی (رزین اپوکسی + هاردنر آمینی) به صورت جفت کنار یکدیگر قرار داده شدند و در ادامه در داخل ساختار قرار گرفتند. هدف از این مطالعه دستیابی به کسر حجمی مناسب و همچنین زمان مطلوب جهت رسیدن به حداکثر بازده ترمیم می باشد. میکرولوله های حاوی عوامل ترمیمی با درصد حجمی های متفاوت 5، 8 و 11 درصد در نمونه ها به کار گرفته شدند و در ادامه تاثیر آن بر راندمان ترمیم استحکام خمشی پس از گذشت زمان های مختلف 3 و 5 روز پس از آسیب اولیه مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار بازیابی استحکام خمشی به میزان 89 درصد برای نمونه حاوی 8 درصد حجمی عامل ترمیمی با گذشت مدت زمان 5 روز پس از ایجاد آسیب می باشد.