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.
