دانلود مقاله آزمایشات غیرمخرب تخته خرده چوب با روشهای فراصوتی و ارتعاشی ( روش تحقیق )

اختصاصی از نیک فایل دانلود مقاله آزمایشات غیرمخرب تخته خرده چوب با روشهای فراصوتی و ارتعاشی ( روش تحقیق ) دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

تعداد صفحات : 88 صفحه        -        

قالب بندی :  word                  

چکیده

در تولید  تخته خرده چوب، ویژگیهای مختلف تخته به منظور حفظ کیفیت تخته با محدودیتهای مورد لزوم اندازه‎گیری می‎شوند. روشهای غیرمخرب برای این منظور شامل آزمایشات فراصوتی و فرکانس ایگن هستند. این روشها برای اندازه‎گیری مقاومت تخته پس از پرس، در جهت مقاصد کنترل فرآیند پیشنهاد شده‎اند. ثابت شده است که روشهای سرعت فراصوتی و فرکانس ایگن ابزارهای مناسبی برای انجام این کار هستند. نتایج نشان می‎دهند که مدول یانگ و مقاومت خمشی را می‏توان با این روشها تعیین نمود. چسبندگی داخلی را فقط با دقت نسبتاً کافی می‎توان با مدلهای ارتجاع طبیعی تعیین کرد. استفاده از مدلهای گوناگون اغلب مواقع مدلهای معتبرتر و بهتری را برای مدول یانگ و مقاومت خمشی و پیش‎بینی‎های بهتری را برای چسبندگی داخلی ارائه می‎دهند. اگر متغیرها ضعیف باشند مدلهای گوناگون برای پیش‎بینی‎های پیچیده مناسب هستند.

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

1-1- سابقه

2-1- هدف و منظور این مطالعه

3-1- دامنه و تعیین حدود

4-1- تئوری و کارهای پیشین

1-4-1- آزمایشات غیرمخرب

2-4-1- تحلیل فرکانس ایگن

3-4-1- روش فراصوتی موازی با صفحه تخته

4-4-1- روش فراصوتی عمود بر صفحه تخته

2- مواد و روش

1-2- مواد

2-2- طراحی آزمایش

3-2- روش زمایش

4-2- مدل‎سازی ‎PLS و تحلیل اطلاعات

1-4-2- روش ‎PLS

3- روشهای آزمایش ‎- تئوری و کاربردی

1-3- روش آزمایش ‎DIN/EN

عنوان

صفحه

1-1-3- تعیین مدول الاستیسیته در خمش و مقاومت خمشی در استاندارد ‎DIN-EN310

2-1-3- تعیین مقاومت کششی عمود بر صفحه تخته

3-1-3-  تعیین رطوبت نسبی با استاندارد ‎DIN – EN 323 و تعیین دانسیته با استاندارد ‎DIN – EN 323

2-3- سرعت صوت

3-3- فرکانس ایگن

4-3- ماشین آزمایش سریع ‎Testrob

4- نتایج و تحلیل و بررسی

1-4- تعیین چسبندگی داخلی

1-1-4- تعیین با مدلهای خطی

2-1-4- تعیین چسبندگی داخلی با مدلهای گوناگون

2-4- تعیین مقاومت خمشی و مدول یانگ برای تخته‎های بزرگ

1-2-4- تعیین ‎MOR

2-2-4- تعیین ‎MOE

3-4- تعیین مقاومت خمشی از روی اطلاعات نمونه

1-3-4- مدلهای خطی

2-3-4- مدلهای چندمتغیری

عنوان

صفحه

3-3-4- مدلهای برای تعیین ‎MOR تهیه شده از مقادیر متوسط

4-4- تعیین مدول یانگ از روی اطلاعات نمونه

1-4-4- کلیه نمونه‎ها

2-4-4- مقادیر متوسط

3-4-4- تفاوتهای روشهای استاتیک و روشهای دینامیک

5-4- تأثیر متعادلسازی

6-4- مقادیر اندازه‎گیری ‎Testrob

5- نتایج

1-5- کارآئی مدلها برای کنترل فرآیند

1-1-5- سرعت اولتراسونیک برای تعیین چسبندگی داخلی

2-1-5- سرعت اولتراسونیک برای تعیین ‌‎MOR و ‎MOE

3-1-5- اندازه‎گیری با فرکانس خاص برای تعیین ‎MOR و ‎MOE

4-1-5- مدلهای چند سنسوری برای تعیین ‎MOR و ‎MOE

5-1-5- کاربرد روشهای مذکور برای تخته‎های بزرگ

6-1-5- اندازه‎گیری با ‎Testrob

2-5- تأثیر و شدت شرایط سازی

3-5- سنجش دما

6- کار ثانویه

7- مقالات و منابع

عنوان ضمیمه‎ها

صفحه

1- طرح آزمایش برای تخته‎های مختلف

2- نتایجی از برگشت‎های خطی (روابط خطی)

3- نتایجی از مدلهای گوناگون (چندمتغیری)

4- تأثیر دما روی سرعت صوت

5- واژه‎نامه

6- محلهای اندازه‎گیری در آزمایشات مختلف

7- برنامه آزمایش

1- مقدمه

این پایان‎نامه نقطه عطفی مهم در برنامه مهندسی مکانیک، خصوصاً در تکنولوژی چوب در دانشگاه تکنولوژی ‎Luleo است. موضوع این پایان‎نامه آزمایشات غیرمخرب ویژگیهای الاستیک برای تخته خرده چوب با استفاده از روشهای فراصوتی و فرکانس ایگن می‎باشد.

1-1- سابقه

تخته خرده چوب قطعاًُ مواجه با تقاضاهای کاربردی است. این موارد موردنظر ویژگیهایی نظیر مقاومت خمشی و چسبندگی داخلی را به خوبی دیگر ویژگیها مورد لحاظ قرار می‎دهند، در تولید معمولی، نمونه‎هائی تصادفی برای تعیین ویژگیهایشان برداشته می‎شوند. رایج‎ترین روشهای آزمایشی مورد استفاده مخرب و با اتلاف زمان زیاد هستند و صرفاً بخش خیلی کوچکی از کل تولید، آزمایش می‎شود. این مطلب بدین معناست که تولید با ترتیبات نادرست فرآیند می‎تواند قبل از اینکه خطا مورد توجه قرار گیرد، تا زمان زیادی ادامه بیابد. همچنین ممکن است که به مقادیر زیادی از تخته‎های وازده (مردود) یا تخته‎هائی با کیفیت نامرغوب منتهی شوند که هزینه‎های زیادی را برای تولید تخته دربردارد.

برای پرهیز از این مشکل، دستگاهی برای آزمایش کردن سریع توسعه یافته است که آزمایشات را به طور خودکار (اتوماتیک) انجام می‎دهد. در این حالت، پروسه آزمایش سریعتر پیش می‎رود اما هنوز اندازه‎گیری ساعتها به طول می‎انجامد. به همین دلیل، یک روش آزمایش غیرمخرب برای تعیین ویژگیهای تخته خرده چوب هدفی مطلوب است که بتواند بعد از پرس مستقیماً استفاده شود. احتمال تعیین ویژگیهای تخته با روشهای غیرمخرب در خط تولید بعد از پرس و بنابراین قابلیت کنترل بهتر کیفیت پروسه می‎تواند مزایای زیادی را در کاهش میزان تخته‎های رد شده و کیفیت پائین به ارمغان بیاورد.

2-1- هدف و منظور از این مطالعه

هدف از این مطالعه جهت تعیین کارائی دو روش آزمایش غیرمخرب، سرعت فراصوتی و تحلیل فرکانس ایگن و برای آزمودن تأثیر تعادل‎سازی بروی نتایج آزمایش غیرمخرب است. هدف توسعه مدلهای مؤثر برای تشخیص مقاومت خمشی، مدل الاستیسیته و چسبندگی داخلی برای تخته خرده چوب است.

3-1- دامنه و تعیین حدود

این مطالعه به یک نوع خاص از صنعت تخته خرده چوب محدود می‎شود. نحوة کار شامل طراحی آآزمون، جمع کردن اطلاعات، تحلیل آنها و توسعه و گسترش مدلها برای تعیین چسبندگی داخلی، مقاومت خمشی و مدول یانگ می‎باشد. این مدلها عملاً بر پایه سرعت صوت و خمش پایه با فرکانس ایگن در حالت عمود بر صفحه برای بررسی خواص فیزیکی تخته خرده چوب هستند. برای آزمایش نمونه تخته بزرگ، فرکانس ایگن در جهت طولی نیز بکار برده می‎شود. این پایان‎نامه همچنین شامل یک ارزش‎یابی از تأثیر متعادل‎سازی می‎با‎شد.

4-1- تئوری و کارهای پیشین

1-4-1- آزمایشات غیرمخرب

ارزشیابی غیرمخرب ویژگیهای تخته خرده چوب می‎تواند با روشهای زیادی انجام شود. برخی از این روشها عبارتند از:

• اندازه‎گیری پروفیل دانسیته
• آزمایش فرکانس ایگن برای تعیین خواص الاستیکی مختلف تخته
• اندازه‎گیری زمان انتشار صوت در حالت موازی و عمودی بر صفحه تخته جهت تعیین مقاومت خمشی ‎(MOR)، مدول یانگ ‎(MOE) و چسبندگی داخلی ‎(IB).
• تحلیل نوسان صوتی برای شناسائی عیب ورقه ورقه شدن
• تحلیل نوسان و فرکانس صوتی برای تعیین ‎IB

تنها روش صنعتی که با مقیاس بزرگ در یک خط کاربردی استفاده می‎شود، شناسائی عیب ورقه ورقه شدن بدون تماس با فراصوتی (بعنوان مثال توسط ‎Grecon) است.

2-4-1- تحلیل فرکانس ایگن

اجسام الاستیک را می‎توان با دو روش به ارتعاش درآورد:

• توسط نیروهای مداوم بیرونی که باعث ارتعاش می‎شوند، که اطلاعات با کمک واکنشهای مختلف با فرکانس‎های متفاوت جمع‎آوری می‎شوند. فرکانس طبیعی نمونه فرکانسی است معادل فرکانس نیروی مداوم وارده به تخته است که سبب ایجاد تشدید می‎گردد.

از یک تکانه تکی، ارتعاشات آزاد در جسم ایجاد می‎شود. این ارتعاشات فرکانس‎های ایگن جسم را دارند. این ارتعاشات هر دو برپایه یک روش ارتعاشی هم اندازه روشهای با ارتعاش بیشتر هستند. روشهای ارتعاش بیشتر در مقایسه با روش پایه بدلیل اصطکاک درونی مواد سریعتر نزول می‎یابند که احتمالاً آنرا به لحاظ کارآئی یک روش اساسی می‎کند.

روشهای مختلف دستیابی به ویژگیهای الاستیک یک ماده با استفاده از فرکانس ایگن وجود دارند. این روشها در سه نقطه فرق دارند (استاندارد ‎ASTM ‎- ‎1259 ‎- ‎[2]C):

• استقرار تکیه‎گاه
• استقرار نقطه محرک
• انتخاب نقطه برداشت سیگنال

استقرار تکیه‎گاه: تکیه‎گاه‎ها در نقاط گره‎دار ارتعاش دلخواه مستقر می‎شوند.

استقرار نقطه محرک: نقطه محرک در یک نقطه خطی برای روش ارتعاش دلخواه انتخاب می‎شود.

انتخاب نقطه برداشت سیگنال: دریافت‎کننده سیگنال در جائی مستقر می‎شود که روش ارتعاش به ساده‎ترین شکل اندازه‎گیری می‎گردد. وقتی که یک روش تماسی استفاده می‎شود، بایستی به یک گره ارتعاشی نزدیک باشد بطوریکه نمونه آزمایشی با سوزن سیگنال که بر فرکانس خاص اثر می‎گذارد بارگذاری نمی‎گردد. این روشهای مختلف قادر به اندازه‎گیری (مدول) دینامیک یانگ، مدول دینامیک شکست و ضریب پوآسون در صفحات مختلف نمونه‎های آزمانش می‎باشد.

دو روش اصلی برای آزمایش فرکانس ایگن و ویژگیهای الاستیک عبارتند از:

• اندازه‎گیری فرکانس طبیعی در یک تخته تحت کنترل (یک سر آزاد)
• اندازه‎گیری فرکانس ایگن نمونه آزاد در تکیه‎گاه که در گره‎های ارتعاش قرار می‎گیرند.

این کار مربوط به فرکانس ایگن نمونه‎های آزاد برای خمش درونی و برونی صفحه می‎شود. این روش برای آزمایش دینامیک مدول یانگ در چوب توسط ‎Gorlacher [s] بکار رفته است. او دریافت که این روش با دقت کافی برای نمونه‎هائی با ضریب اثر ارتفاع بیشتر از 15 باشد، شدت برش برای معایب خمش تدریجی نادیده گرفته می‎شود.

‎Niemz و ‎Kucera و ‎[18] Bernatowicz این روش را برای ارزیابی غیرمخرب خواص الاستیک در ‎MDF استفاده کرده‎اند. آنها ارتباط بین مدول دینامیک یانگ با روش فرکانس‎ خاص و مدول استاتیک یانگ را با آزمایشات ‎DIN با ‎R2 = 0.48 گزارش کردند. اندازه‎گیریهای فرکانس ایگن برای ارائه مدول یانگ 15 تا 20 درصد بیشتر از مقادیر حاصل از آزمایشات ‎DIN گزارش شدند. این تفاوت به علت پروفیل دانسیته در تخته خرده چوب فرض شده است، زیرا این تئوری در اصل برای مواد هموژن بکار می‎رود.

3-4-1- روش فراصوتی موازی با صفحه تخته

فراصوتی که از یک منبع پخش می‎شود، سرعتی دارد که مربوط به دانسیته  متوسط است. از آنجائی که دانسیته تأثیر خیلی زیادی بر مقاومت خمشی و مدول یانگ دارد، این سرعت را می‎توان برای تعیین این ویژگی‎ها بکار برد. مدول الاستیسیته دینامیک با فرمولهای رایج برای مواد ایزوتروپیک محاسبه می‎شود. ‎(Krautkramer [13])

(رابطه 1)                                                            

(مگاپاسکال) مدول دینامیک یانگ MOEdyn =

(گرم بر سانتی‎متر مکعب) دانسیته ‎

‎ سرعت صوت ‎V =

ضریب پوآسون =

و چون ضریب پوآسون محاسبه‎اش مشکل است،‌رابطه مذکور بصورت زیر بکار می‎رود.

(رابطه 2)                                    ‎      

اکثراً تحقیق برای تعیین ‎IB با سرعت صوت بروی سطح عمودی تخته انجام شده است. برای حالت موازی با تخته، ‎Niemz و ‎Poblete ‎[17] نشان داده‎اند که رابطه مناسب ‎(R2 = 0.55). بین مقاومت خمشی و سرعت صوت به همان شکل رابطه بین سرعت صوت و مدول یانگ ‎(R2 = 0.24) است. این روش چندان در صنعت استفاده نشده است. از آنجائی که سرعت صوت با افزایش دانسیته زیاد می‎شود، وضعیت ترانسدیوسر (مبدل‎ها) در تخته خرده چوب با دانسیته مشخص مهم است. بدلیل رطوبت زیاد در تخته خرده چوب و فواصل طولانی‎تر که رطوبت به تخته نفوذ می‎کند، اکثراً‌ از اندازه‎گیری انتقالی (ناقل و دریافت‎کننده در سمتهای مقابل مورد آزمایش مستقرند) استفاده می‎شود ([12]Plinke, Greuble‎).

به علت رطوبت زیاد، صوت در تخته خرده چوب با یک فرکانس کمتر در حد 20 تا 100 کیلوهرتز در مقایسه با کاربردهای معمول برای مواد ایزوتروپیک و هموژن (5/0 تا 10 مگاهرتز) استفاده می‎شود. ‎(Krautkramer [13], Greuble, Plinke [12])

4-4-1- روش فراصوت عمود بر صفحه تخته

هنگام استفاده از سرعت فراصوتی در حالت عمود بر صفحه تخته برای تعیین مقاومت چسبندگی داخلی، باید به پروفیل دانسیته توجه گردد. از آنجائیکه زمان پراکنش صدا محاسبه می‎شود، سرعت صوت انتگرال زمان پراکنش صدا در لایه‎های مختلف تخته است. هنگامی که دانسیته کاهش می‎یابد، سرعت صوت نیز کاهش می‎یابد و پالس صدا زمان بیشتری برای عبور از لایه را نیاز دارد. این مسئله بدین مفهوم است که دانسیته کم لایه میانی منوط به قسمت اعظم زمان عبور امواج صوتی (شکل 1) است. به همین علت است که لایه میانی بیشترین اثر را بر وی زمان پراکنش صوتی دارد. از همین روی امکان تعیین چسبندگی داخلی با روش فراصوتی ناشی می‎شود.

در شکل 1 یک پروفیل دانسیته بصورت نمونه نشان داده می‎شود.

شکل 1- پروفیل دانسیته بر صفحه تخته زمان پراکنش صدا برای هر لایه در تخته

Plinke  و [12] Greuble مقاله‎ای تهیه کرده‎اند که برای تعیین مقاومت چسبندگی داخلی چندین مرتبه از آن استفاده نموده‎اند. متغیرهای مورد استفاده حداقل دانسیته از مقادیر پروفیل دانسیته در 4 درصد فاصله از لایه میانی به همراه روش سرعت صوت عمود بر صفحه تخته بودند. این روش نتایج خیلی خوبی را از ‎IB با یک دامنه واریانس از ‎R2 = 0.53  تا ‎R2 = 0.98 ارائه داد.

در مقاله‎ای دیگر، ‎Kruse، ‎Broker و ‎[15] Fruhwald روش صوتی با تماس آزاد به عنوان یک تفاوت برای تماس اندازه‎گیری سرعت صوت را محاسبه کردند. آنها دریافتند که این روش با استفاده از فرکانس و تحلیل کیفیت امواج صوتی مشخص،  با عبور از صفحه تخته، یک مقدار مشخص از چسبندگی داخلی در تخته خرده چوب با ضخامت 34 میلی‎متر را ارائه می‎دهد این مقدار مشخص برای مدلهای مورد استفاده برای مقادیر متوسط هر نمونه با ‎R2 = 0.90 (تخته‎های سمباده خورده) و ‎R2 = 0.74 (تخته‎های سمباده نخورده) یک واریانس مشخص را نمایان کرد.