پایان نامه آزمايشات غيرمخرب تخته خرده چوب با روشهاي فراصوتي و ارتعاشي
پيشگفتار
اين پاياننامه نقطه عطفي مهم در برنامه مهندسي مكانيك خصوصاً در زمينه تكنولوژي چوب در دانشگاه تكنولوژي Lulea است موضوع اين كار توسط پروفسور Holzwissenschaftenfur، استاد دانشگاه زوريخ فراهم شد و آزمايشات غيرمخرب ويژگيهاي الاستيك (ارتجاعي) و شكنندگي تخته خرده چوب با روشهاي فراصوتي و فركانس ايگن را پوشش ميدهد. انتخاب اين موضوع با اين هدف انجام شد كه مرجع فارسي مناسبي براي مطالعات آينده علاقمندان فراهم شود و علاقمندان با فراغ خاطر بيشتر به مطالعه مهندسي مكانيك در زمينه تكنولوژي چوب بپردازند و باعث پيشرفت صنعت چوب و كاغذ شوند.
چكيده
در توليد تخته خرده چوب، ويژگيهاي مختلف تخته به منظور حفظ كيفيت تخته با محدوديتهاي مورد لزوم اندازهگيري ميشوند. روشهاي غيرمخرب براي اين منظور شامل آزمايشات فراصوتي و فركانس ايگن هستند. اين روشها براي اندازهگيري مقاومت تخته پس از پرس، در جهت مقاصد كنترل فرآيند پيشنهاد شدهاند. ثابت شده است كه روشهاي سرعت فراصوتي و فركانس ايگن ابزارهاي مناسبي براي انجام اين كار هستند. نتايج نشان ميدهند كه مدول يانگ و مقاومت خمشي را ميتوان با اين روشها تعيين نمود. چسبندگي داخلي را فقط با دقت نسبتاً كافي ميتوان با مدلهاي ارتجاع طبيعي تعيين كرد. استفاده از مدلهاي گوناگون اغلب مواقع مدلهاي معتبرتر و بهتري را براي مدول يانگ و مقاومت خمشي و پيشبينيهاي بهتري را براي چسبندگي داخلي ارائه ميدهند. اگر متغيرها ضعيف باشند مدلهاي گوناگون براي پيشبينيهاي پيچيده مناسب هستند.
فهرست مطالب
عنوان | صفحه |
1-1- سابقه | |
2-1- هدف و منظور اين مطالعه | |
3-1- دامنه و تعيين حدود | |
4-1- تئوري و كارهاي پيشين | |
1-4-1- آزمايشات غيرمخرب | |
2-4-1- تحليل فركانس ايگن | |
3-4-1- روش فراصوتي موازي با صفحه تخته | |
4-4-1- روش فراصوتي عمود بر صفحه تخته | |
2- مواد و روش | |
1-2- مواد | |
2-2- طراحي آزمايش | |
3-2- روش زمايش | |
4-2- مدلسازي PLS و تحليل اطلاعات | |
1-4-2- روش PLS | |
3- روشهاي آزمايش - تئوري و كاربردي | |
1-3- روش آزمايش DIN/EN | |
عنوان | صفحه |
1-1-3- تعيين مدول الاستيسيته در خمش و مقاومت خمشي در استاندارد DIN-EN310 | |
2-1-3- تعيين مقاومت كششي عمود بر صفحه تخته | |
3-1-3- تعيين رطوبت نسبي با استاندارد DIN – EN 323 و تعيين دانسيته با استاندارد DIN – EN 323 | |
2-3- سرعت صوت | |
3-3- فركانس ايگن | |
4-3- ماشين آزمايش سريع Testrob | |
4- نتايج و تحليل و بررسي | |
1-4- تعيين چسبندگي داخلي | |
1-1-4- تعيين با مدلهاي خطي | |
2-1-4- تعيين چسبندگي داخلي با مدلهاي گوناگون | |
2-4- تعيين مقاومت خمشي و مدول يانگ براي تختههاي بزرگ | |
1-2-4- تعيين MOR | |
2-2-4- تعيين MOE | |
3-4- تعيين مقاومت خمشي از روي اطلاعات نمونه | |
1-3-4- مدلهاي خطي | |
2-3-4- مدلهاي چندمتغيري | |
عنوان | صفحه |
3-3-4- مدلهاي براي تعيين MOR تهيه شده از مقادير متوسط | |
4-4- تعيين مدول يانگ از روي اطلاعات نمونه | |
1-4-4- كليه نمونهها | |
2-4-4- مقادير متوسط | |
3-4-4- تفاوتهاي روشهاي استاتيك و روشهاي ديناميك | |
5-4- تأثير متعادلسازي | |
6-4- مقادير اندازهگيري Testrob | |
5- نتايج | |
1-5- كارآئي مدلها براي كنترل فرآيند | |
1-1-5- سرعت اولتراسونيك براي تعيين چسبندگي داخلي | |
2-1-5- سرعت اولتراسونيك براي تعيين MOR و MOE | |
3-1-5- اندازهگيري با فركانس خاص براي تعيين MOR و MOE | |
4-1-5- مدلهاي چند سنسوري براي تعيين MOR و MOE | |
5-1-5- كاربرد روشهاي مذكور براي تختههاي بزرگ | |
6-1-5- اندازهگيري با Testrob | |
2-5- تأثير و شدت شرايط سازي | |
3-5- سنجش دما | |
6- كار ثانويه | |
7- مقالات و منابع | |
عنوان ضميمهها | صفحه |
1- طرح آزمايش براي تختههاي مختلف | |
2- نتايجي از برگشتهاي خطي (روابط خطي) | |
3- نتايجي از مدلهاي گوناگون (چندمتغيري) | |
4- تأثير دما روي سرعت صوت | |
5- واژهنامه | |
6- محلهاي اندازهگيري در آزمايشات مختلف | |
7- برنامه آزمايش |
1- مقدمه
اين پاياننامه نقطه عطفي مهم در برنامه مهندسي مكانيك، خصوصاً در تكنولوژي چوب در دانشگاه تكنولوژي Luleo است. موضوع اين پاياننامه آزمايشات غيرمخرب ويژگيهاي الاستيك براي تخته خرده چوب با استفاده از روشهاي فراصوتي و فركانس ايگن ميباشد.
1-1- سابقه
تخته خرده چوب قطعاًُ مواجه با تقاضاهاي كاربردي است. اين موارد موردنظر ويژگيهايي نظير مقاومت خمشي و چسبندگي داخلي را به خوبي ديگر ويژگيها مورد لحاظ قرار ميدهند، در توليد معمولي، نمونههائي تصادفي براي تعيين ويژگيهايشان برداشته ميشوند. رايجترين روشهاي آزمايشي مورد استفاده مخرب و با اتلاف زمان زياد هستند و صرفاً بخش خيلي كوچكي از كل توليد، آزمايش ميشود. اين مطلب بدين معناست كه توليد با ترتيبات نادرست فرآيند ميتواند قبل از اينكه خطا مورد توجه قرار گيرد، تا زمان زيادي ادامه بيابد. همچنين ممكن است كه به مقادير زيادي از تختههاي وازده (مردود) يا تختههائي با كيفيت نامرغوب منتهي شوند كه هزينههاي زيادي را براي توليد تخته دربردارد.
براي پرهيز از اين مشكل، دستگاهي براي آزمايش كردن سريع توسعه يافته است كه آزمايشات را به طور خودكار (اتوماتيك) انجام ميدهد. در اين حالت، پروسه آزمايش سريعتر پيش ميرود اما هنوز اندازهگيري ساعتها به طول ميانجامد. به همين دليل، يك روش آزمايش غيرمخرب براي تعيين ويژگيهاي تخته خرده چوب هدفي مطلوب است كه بتواند بعد از پرس مستقيماً استفاده شود. احتمال تعيين ويژگيهاي تخته با روشهاي غيرمخرب در خط توليد بعد از پرس و بنابراين قابليت كنترل بهتر كيفيت پروسه ميتواند مزاياي زيادي را در كاهش ميزان تختههاي رد شده و كيفيت پائين به ارمغان بياورد.
2-1- هدف و منظور از اين مطالعه
هدف از اين مطالعه جهت تعيين كارائي دو روش آزمايش غيرمخرب، سرعت فراصوتي و تحليل فركانس ايگن و براي آزمودن تأثير تعادلسازي بروي نتايج آزمايش غيرمخرب است. هدف توسعه مدلهاي مؤثر براي تشخيص مقاومت خمشي، مدل الاستيسيته و چسبندگي داخلي براي تخته خرده چوب است.
3-1- دامنه و تعيين حدود
اين مطالعه به يك نوع خاص از صنعت تخته خرده چوب محدود ميشود. نحوة كار شامل طراحي آآزمون، جمع كردن اطلاعات، تحليل آنها و توسعه و گسترش مدلها براي تعيين چسبندگي داخلي، مقاومت خمشي و مدول يانگ ميباشد. اين مدلها عملاً بر پايه سرعت صوت و خمش پايه با فركانس ايگن در حالت عمود بر صفحه براي بررسي خواص فيزيكي تخته خرده چوب هستند. براي آزمايش نمونه تخته بزرگ، فركانس ايگن در جهت طولي نيز بكار برده ميشود. اين پاياننامه همچنين شامل يك ارزشيابي از تأثير متعادلسازي ميباشد.
4-1- تئوري و كارهاي پيشين
1-4-1- آزمايشات غيرمخرب
ارزشيابي غيرمخرب ويژگيهاي تخته خرده چوب ميتواند با روشهاي زيادي انجام شود. برخي از اين روشها عبارتند از:
- اندازهگيري پروفيل دانسيته
- آزمايش فركانس ايگن براي تعيين خواص الاستيكي مختلف تخته
- اندازهگيري زمان انتشار صوت در حالت موازي و عمودي بر صفحه تخته جهت تعيين مقاومت خمشي (MOR)، مدول يانگ (MOE) و چسبندگي داخلي (IB).
- تحليل نوسان صوتي براي شناسائي عيب ورقه ورقه شدن
- تحليل نوسان و فركانس صوتي براي تعيين IB
تنها روش صنعتي كه با مقياس بزرگ در يك خط كاربردي استفاده ميشود، شناسائي عيب ورقه ورقه شدن بدون تماس با فراصوتي (بعنوان مثال توسط Grecon) است.
2-4-1- تحليل فركانس ايگن
اجسام الاستيك را ميتوان با دو روش به ارتعاش درآورد:
- توسط نيروهاي مداوم بيروني كه باعث ارتعاش ميشوند، كه اطلاعات با كمك واكنشهاي مختلف با فركانسهاي متفاوت جمعآوري ميشوند. فركانس طبيعي نمونه فركانسي است معادل فركانس نيروي مداوم وارده به تخته است كه سبب ايجاد تشديد ميگردد.
از يك تكانه تكي، ارتعاشات آزاد در جسم ايجاد ميشود. اين ارتعاشات فركانسهاي ايگن جسم را دارند. اين ارتعاشات هر دو برپايه يك روش ارتعاشي هم اندازه روشهاي با ارتعاش بيشتر هستند. روشهاي ارتعاش بيشتر در مقايسه با روش پايه بدليل اصطكاك دروني مواد سريعتر نزول مييابند كه احتمالاً آنرا به لحاظ كارآئي يك روش اساسي ميكند.
روشهاي مختلف دستيابي به ويژگيهاي الاستيك يك ماده با استفاده از فركانس ايگن وجود دارند. اين روشها در سه نقطه فرق دارند (استاندارد ASTM - 1259 - [2]C):
- استقرار تكيهگاه
- استقرار نقطه محرك
- انتخاب نقطه برداشت سيگنال
استقرار تكيهگاه: تكيهگاهها در نقاط گرهدار ارتعاش دلخواه مستقر ميشوند.
استقرار نقطه محرك: نقطه محرك در يك نقطه خطي براي روش ارتعاش دلخواه انتخاب ميشود.
انتخاب نقطه برداشت سيگنال: دريافتكننده سيگنال در جائي مستقر ميشود كه روش ارتعاش به سادهترين شكل اندازهگيري ميگردد. وقتي كه يك روش تماسي استفاده ميشود، بايستي به يك گره ارتعاشي نزديك باشد بطوريكه نمونه آزمايشي با سوزن سيگنال كه بر فركانس خاص اثر ميگذارد بارگذاري نميگردد. اين روشهاي مختلف قادر به اندازهگيري (مدول) ديناميك يانگ، مدول ديناميك شكست و ضريب پوآسون در صفحات مختلف نمونههاي آزمانش ميباشد.
دو روش اصلي براي آزمايش فركانس ايگن و ويژگيهاي الاستيك عبارتند از:
- اندازهگيري فركانس طبيعي در يك تخته تحت كنترل (يك سر آزاد)
- اندازهگيري فركانس ايگن نمونه آزاد در تكيهگاه كه در گرههاي ارتعاش قرار ميگيرند.
اين كار مربوط به فركانس ايگن نمونههاي آزاد براي خمش دروني و بروني صفحه ميشود. اين روش براي آزمايش ديناميك مدول يانگ در چوب توسط Gorlacher [s] بكار رفته است. او دريافت كه اين روش با دقت كافي براي نمونههائي با ضريب اثر ارتفاع بيشتر از 15 باشد، شدت برش براي معايب خمش تدريجي ناديده گرفته ميشود.
Niemz و Kucera و [18] Bernatowicz اين روش را براي ارزيابي غيرمخرب خواص الاستيك در MDF استفاده كردهاند. آنها ارتباط بين مدول ديناميك يانگ با روش فركانس خاص و مدول استاتيك يانگ را با آزمايشات DIN با R2 = 0.48 گزارش كردند. اندازهگيريهاي فركانس ايگن براي ارائه مدول يانگ 15 تا 20 درصد بيشتر از مقادير حاصل از آزمايشات DIN گزارش شدند. اين تفاوت به علت پروفيل دانسيته در تخته خرده چوب فرض شده است، زيرا اين تئوري در اصل براي مواد هموژن بكار ميرود.
3-4-1- روش فراصوتي موازي با صفحه تخته
فراصوتي كه از يك منبع پخش ميشود، سرعتي دارد كه مربوط به دانسيته متوسط است. از آنجائي كه دانسيته تأثير خيلي زيادي بر مقاومت خمشي و مدول يانگ دارد، اين سرعت را ميتوان براي تعيين اين ويژگيها بكار برد. مدول الاستيسيته ديناميك با فرمولهاي رايج براي مواد ايزوتروپيك محاسبه ميشود. (Krautkramer [13])
(رابطه 1)
(مگاپاسكال) مدول ديناميك يانگ MOEdyn =
(گرم بر سانتيمتر مكعب) دانسيته
سرعت صوت V =
ضريب پوآسون =
و چون ضريب پوآسون محاسبهاش مشكل است،رابطه مذكور بصورت زير بكار ميرود.
(رابطه 2)
اكثراً تحقيق براي تعيين IB با سرعت صوت بروي سطح عمودي تخته انجام شده است. براي حالت موازي با تخته، Niemz و Poblete [17] نشان دادهاند كه رابطه مناسب (R2 = 0.55). بين مقاومت خمشي و سرعت صوت به همان شكل رابطه بين سرعت صوت و مدول يانگ (R2 = 0.24) است. اين روش چندان در صنعت استفاده نشده است. از آنجائي كه سرعت صوت با افزايش دانسيته زياد ميشود، وضعيت ترانسديوسر (مبدلها) در تخته خرده چوب با دانسيته مشخص مهم است. بدليل رطوبت زياد در تخته خرده چوب و فواصل طولانيتر كه رطوبت به تخته نفوذ ميكند، اكثراً از اندازهگيري انتقالي (ناقل و دريافتكننده در سمتهاي مقابل مورد آزمايش مستقرند) استفاده ميشود ([12]Plinke, Greuble).
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.