قابلیت‌ روش برش‌نگاری دیجیتالی در تشخیص ناپیوستگی‌های نوع ترک

تیزمغز نژاد, محمد; اکبری, داوود; قبادی, شبیر

doi:10.30494/jndt.2021.301382.1075

قابلیت‌ روش برش‌نگاری دیجیتالی در تشخیص ناپیوستگی‌های نوع ترک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران ، ایران

² دانشکدۀ مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

³ دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

10.30494/jndt.2021.301382.1075

چکیده

این مقاله به معرفی و بررسی کاربردهای روش برش‌نگاری دیجیتالی در زمینه تشخیص و اندازه‌گیری عیب ترک و فعالیت‌های انجام شده در این حوزه می‌پردازد. برشنگاری دیجیتالی یک روش نوین مبتنی بر نور لیزر است که برای اندازه‌گیری تمام‌-میدانی و غیرتماسی تغییرشکل‌های صفحه‌ای (مشتقات جابه‌جایی سطح) مورد استفاده و توسعه قرار گرفته است. این روش معادل یک کرنش‌سنج تمام‌ناحیه‌ای عمل می‌کند که امکان مشاهده توزیع کرنش در یک ناحیه بزرگ را فراهم می‌نماید. از برش‌نگاری جهت بازرسی و ارزیابی غیرمخرب مواد مختلف استفاده می‌شود. با توجه به محدودیت روش‌های سنتی در بازرسی برخی مواد مانند مواد مرکب و همچنین کاربرد روزافزون این مواد در صنایع حساس نظیر هوافضا و صنایع نظامی، برش‌نگاری به‌طورفزاینده‌ای مورد توجه قرار گرفته است. با علم بر اهمیت شکل و هندسه عیوب در نتایج آزمون برش‌نگاری، در این مقاله با تکیه بر مرور مطالعات و پژوهش‌های قبلی، سعی در اثبات و معرفی ‌برش‌نگاری دیجیتالی به عنوان یک روش برتر در زمینه ارزیابی ترک‌ها در مواد مختلف به‌صورت کمی و کیفی، شده است. نتایج نشان می‌دهد که عواملی چون اندازه بارگذاری، اندازه و جهت برش، اندازه، عمق و زاویه ترک بیشترین تاثیر را در تشکیل هاله‌ها و نتایج دارند. همچنین قابلیت برش‌نگاری در تخمین هندسه ترک نیز نمایش و به اثبات رسیده است. بدین منظور بعد از معرفی اصول برش‌نگاری، به بررسی و مرور مطالعات پیشین و نتیجه‌گیری پرداخته می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Capability of Digital Shearography in Crack Defect Inspection

نویسندگان [English]

Mohammad Tiz maghz nejad ¹
Davood Akbari ²
Shobeir Ghobadi ³

¹ Mechanical Eng. TarbiatModares University , Iran

² Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

³ Mechanical Engineering, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

چکیده [English]

This article introduces and reviews Digital Shearography applications in the detection and measurement of crack type defects, as well as the history of activities performed in this career. Digital Shearography is a laser light-based NDT method for full-field and non-contact measurement of an object's deformation (surface displacement derivatives). This method is equivalent to a full-area strain gauge that allows you to observe the strain distribution over a large area. Shearography is used to inspect and non-destructive evaluation of different materials. However, due to the limitations of traditional methods in inspecting some materials, such as composites, and the increasing use of these materials in sensitive industries such as aerospace and military, shearography is increasingly being considered. With regard to understanding the significance and influences of the shape and geometry of defects in Shearography results, this article attempts to prove and introduce Digital Shearography as a superior method in the field of both quantitative and qualitative evaluation of sub-cracks in various materials by reviewing previous studies and researches. The results show that loading, shearing amount and direction, crack length, depth, and angle have the greatest influence on the shape of the fringe patterns. Shearography ability to estimate crack geometry has also been demonstrated and proven. For this purpose, previous studies have been reviewed after presenting the principles and foundations of the digital Shearography method.

کلیدواژه‌ها [English]

Shearography
Non-Destructive Testing (NDT)
Defects Measurment
Crack

مراجع

[1] N. Xu, X. Xie, X. Chen, L. Yang, (2014). Shearography for specular object inspection, Optics and Lasers in Engineering, Vol. 61, No. 1, pp. 14–18.

[2] Hung, Y. Y., Chen, Y. S., Ng, S. P., Liu, L., Huang, Y. H., Luk, B. L., ... & Chung, P. S. (2009). Review and comparison of shearography and active thermography for nondestructive evaluation. Materials Science and Engineering: R: Reports, 64(5-6), 73-112.

[3] Francis, D., Tatam, R. P., & Groves, R. M. (2010). Shearography technology and applications: a review. Measurement science and technology, 21(10), 102001.

[4] Fantin, A. V., Dal Pont, A., Willemann, D. P., & Albertazzi, A. (2006, June). Comparison between temporal and spatial phase unwrapping for damage detection using shearography. In Seventh International Conference on Vibration Measurements by Laser Techniques: Advances and Applications (Vol. 6345, p. 634510). International Society for Optics and Photonics.

[5] Bai, P., Zhu, F., & He, X. (2015). Out-of-plane displacement field measurement by shearography. Optics & Laser Technology, 73, 29-38.

[6] Leendertz, J. A., & Butters, J. N. (1973). An image-shearing speckle-pattern interferometer for measuring bending moments. Journal of Physics E: Scientific Instruments, 6(11), 1107.

[7] S. L. Toh, F. S. Chau, V. P. Shim, C. J. Tay, H. M. Shang, (1990). Application of sheagraphy in nondestructive testing of composite plates, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 23, No. 3, pp. 267-275.

[8] Nakadate, S., T. Yatagai .and H. Saito, (1980). Digital speckle-pattern shearing interferometry. Applied Optics, 19(24): p. 4241-4246.

[9] R. Kastle, E. Hack, U. Sennhauser, (1999). Multiwavelength shearography for quantitative measurements of two-dimensional strain distributions, Applied Opics, Vol. 38, No. 1, pp. 96–100.

[10] Hung, Y. Y. (1982). Shearography: a new optical method for strain measurement and nondestructive testing. Optical engineering, 21(3), 213391.

[11] Hung, Y. Y. (1996). Shearography for non-destructive evaluation of composite structures. Optics and lasers in engineering, 24(2-3), 161-182.

[12] Yang, L., et al., (1998). Vibration analysis by means of digital shearography. Optics and lasers in engineering, 30(2): p. 199-212.

[13] Livingston, R, (2007). Laser Shearography for Detection of Fine Cracks in Concrete and Masonry. INTERNATIONAL SAMPE SYMPOSIUM AND EXHIBITION.

[14] Motamedi, R. (2008). Crack detection in silicon wafers using shearography (Doctoral dissertation, Concordia University).

[15] Wang, Y., Gao, X., Xie, X., Wu, S., Liu, Y., & Yang, L. (2016). Simultaneous dual directional strain measurement using spatial phase-shift digital shearography. Optics and Lasers in Engineering, 87, 197-203.

[16] Yang, F., Ye, X., Qiu, Z., Zhang, B., Zhong, P., Liang, Z., ... & Zhu, S. (2017). The effect of loading methods and parameters on defect detection in digital shearography. Results in physics, 7, 3744-3755.

]17[ آقاجعفری، احسان و اکبری، داود،1397،بررسی عیوب در مواد پلیمری تحت بار به کمک روش تداخل سنجی برشی دیجیتالی،پانزدهمین کنفرانس ملی و چهارمین کنفرانس بین المللی مهندسی ساخت و تولید،تهران،https://civilica.com/doc/837899

[18] Tizmaghz Nejad, M., Akbari, D., & Tirband, H., (2021). "Detection of Sub-Surface Defects in Polymer Materials Using Digital Shearography Method with Different Loading and Set-up Parameters."

[19] Tizmaghz Nejad, M., Akbari., & Ghobadi, Sh., (2021). " Application of Digital Shearography Technique for Crack Inspection in Carbon-Fiber and Glass-Fiber Reinforced Polymers."

]20[ آسمانی، ح.، و حقیقی، ع.، و رزقی ملکی، ه.، و سلطانی، ن. (1399). بررسی قابلیت روش برهم نگاری لیزری به منظور بازرسی غیر مخرب. فناوری آزمون های غیرمخرب, 2(7 ), 121-127. https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=561505

]21[ بناکار، ف. (1397). بررسی روش تداخل سنجی برشی در تشخیص عیوب در مواد مختلف. فناوری آزمون های غیرمخرب, 2(3 ), 8-22. https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=543898

[22] Zhao, Q., Dan, X., Sun, F., Wang, Y., Wu, S., & Yang, L. (2018). Digital shearography for NDT: phase measurement technique and recent developments. Applied Sciences, 8(12), 2662.

[23] Michael, Y.Y.Hung (2002). Nondestructive Testing Using Shearography.Recent advances in Mechanic, 397-408.

[24] Akbari, D., (2012). Development and Application of Non-Destructive Testing of Digital Shearography in Evaluation of Defects in Composite Materials, Ph.D. Thesis, Mechanical Engineering, University of Tehran, Tehran.

[25] H. Lopes, F. Ferreira, J. V. Araújo, P. Moreno-García, Localization of damage with speckle shearography and higher order spatial derivatives.

[26] Hung Y Y and Liang C Y, (1979). Image shearing camera for direct measurement of surface strains Appl. Opt.

[27] Melvin, L. D., Childers, B. A., & Fulton, J. P. (1993). Quantitative analysis of a class of subsurface cracks using shearography and finite element modeling. In Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation (pp. 403-410). Springer, Boston, MA.

[28] Carlsson, T. E., & Wei, A. (2000). Phase evaluation of speckle patterns during continuous deformation by use of phase-shifting speckle interferometry. Applied optics, 39(16), 2628-2637.

[29] Liu, Z., Gao, J., Xie, H., & Wallace, P. (2011). NDT capability of digital shearography for different materials. Optics and lasers in Engineering, 49(12), 1462-1469.

[30] Liu, H., Guo, S., Chen, Y. F., Tan, C. Y., & Zhang, L. (2018). Acoustic shearography for crack detection in metallic plates. Smart Materials and Structures, 27(8), 085018.

[31] Akbari, D., & Soltani, N. (2013). Investigation of loading parameters in detection of internal cracks of composite material with digital shearography. World Applied Sciences Journal, 21(4), 526-535.

[32] Mohamadi, M., & Akbari, D. (2015). Evaluation of sub-surface cracks in polymer matrix composites with laser interferometric method. International Journal of Manufacturing Engineering, 2(3), 11-23.

[33] Kang, K. S., Kim, K. S., Jung, H. C., & Jang, H. S. (2006). Influence of shearing amount on detecting crack-shaped internal defect by shearography. In Key engineering materials (Vol. 321, pp. 112-115). Trans Tech Publications Ltd.

[34] G. L. Cloud: Optical Methods of Engineering Analysis (Cambridge Univ. Press, London 1990)

[35] Kim, K. S., Kang, K. S., Kang, Y. J., & Cheong, S. K. (2003). Analysis of an internal crack of pressure pipeline using ESPI and shearography. Optics & Laser Technology, 35(8), 639-643.