به‌کارگیری روش تداخل‌سنجی برشی لیزری در تشخیص و ارزیابی غیرمخرب عیوب در ورق‌ها و سطوح منحنی ساخته‌شده از مواد مرکب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی پژوهشکده چرخه سوخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای

2 پژوهشگر سازمان انرژی اتمی

10.30494/jndt.2021.266035.1049

چکیده

تداخل‌سنجی برشی لیزری یا در اصطلاح برشنگاری دیجیتالی، یکی از روش‌های نوین لیزری برای اندازه‌گیری جابه‌جایی‌های سطحی در مواد مختلف است که قادر است جابه‌جایی‌هایی در ابعاد میکرومتر را اندازه‌گیری و محدوده‌ گسترده‌ای از سطح جسم را در یک‌لحظه موردمطالعه قرار دهد. یکی از قابلیت‌های ویژه این روش، توانایی تشخیص نواحی معیوب در مواد با استفاده از تعیین تمرکز جابه‌جایی‌های سطحی با اعمال نوعی از بارگذاری مناسب است. در این مقاله، با معرفی یک سیستم غیر مخرب فعال مبتنی بر روش مذکور، برای عیب‌یابی نمونه‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف کربن، عیوبی نظیر ذرات خارجی، ترک در ماتریس و حفره‌های هوایی داخلی در دو هندسه ورق تخت و ورق انحنادار شناسایی و ارزیابی‌شده است. ازآنجاکه توسعه کاربردی این روش در مواد کامپوزیتی، وابسته به شناخت پارامترها و کمی‌سازی نتایج تحلیل است، تأثیر کمّی پارامترها در شناسایی عیوب موردبررسی قرارگرفته است. نتایج حاصله، نشان‌دهنده محدوده کاربردی این روش در شناسایی ترک‌ها و عیوب با طول‌های حداقلی به‌اندازه 50% اندازه برش در نمونه‌های تخت و انحنادار می‌باشد. همچنین نتایج برشنگاری در هندسه ورق انحنادار، نشان دادند که تنها در راستای عمود بر محور ورق انحنادار قابلیت شناسایی عیوب وجود دارد. بارگذاری حرارتی با توان 3 کیلووات به مدت 5/0 ثانیه و 1 کیلووات به مدت1 ثانیه بهترین نتایج را به ترتیب در ورق‌ها با هندسه تخت و انحنادار ایجاد کرد. تحلیل نتایج نشان می‌دهند که عیوب با دقت بالایی صحیح تشخیص داده می‌شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of the laser shearography in the non-destructive evaluation of the defects in the flat and curved surfaces made of carbon fiber composites

نویسندگان [English]

  • Amjad Sazgar 1
  • Morteza Amiri 2
1 nuclear Fuel Cycle Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute
2 Researcher of AEOI, Tehran – Iran.
چکیده [English]

Laser shearing interferometry or Shearography is one of the new optic methods for calculating the very small surface displacement derivatives in order of microns. Shearography can be beneficially used in the non-destructive testing of materials, especially in composites. In this paper, laser shearography is used to detect some kinds of defects like cavities, solid inclusions and matrix cracks in both flat and curved furnaces made of carbon fiber reinforced composites. As the system parameters and loading amount are the most important factors affecting defect detection ability in this technique, the test scenarios including all these factors have been compiled for both flat and curved surfaces. The shearography tests are performed to get the best results of defect detectability in the test specimens. The results show that the best responses are observed with a shear size of one half the approximated defect sizes. The thermal loading range of 3kW and 1kW in the 0.5 and 1 seconds should be used as the best choices in the flat sheet and curved sheet specimens respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser Shearing interferometry
  • Digital shearography
  • Non-destructive inspection
  • Polymer matrix material
  • Sub-surface defects
[1]     N. Xu et al. Shearography for specular object inspection, Optics and Lasers in Engineering, 61, 14 (2014).
[2]     D. Akbari, N. Soltani, M. Farahani, Numerical and experimental investigation of defect detection in polymer materials by means of digital shearography with thermal loading, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 227 [3], 430 (2013).
[3]     J. Leendertz, J. Butters, An image sharing speckle pattern interferometer for measuring bending moments, Journal of Physics E., 6 [1], 1017 (1973).
[4]     S. L. Toh et al. Application of sheagraphy in nondestructive testing of composite plates, Journal of Materials Processing Technology, 23 [3], 267 (1990).
[5]     D. Akbari, N. Soltani, F. Reshadi, Application of digital shearography for non-destructive testing of materials with thermal loading, Modares Mechanical Engineering, 13 [4], 36 (2013). (in Persian)
[6]     M. Mohamadi, D. Akbari, Evaluation of sub-surface cracks in polymer matrix composites with laser interferometric method, International Journal of Manufacturing Engineering, 2 [3], 11 (2015). (in Persian)