خرابی ضربه در سازه‌های کامپوزیتی به صورت تجربی و عددی ارزیابی شد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، میلاد سعیدی‌فر دانش آموخته دکترای مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «تحلیل تجربی و عددی خرابی ضربه در سازه‌های کامپوزیتی با روش نشرآوایی» گفت: کامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با الیاف به دلیل خواص مطلوبی که دارند از قبیل استحکام و سفتی ویژه بالا، مقاومت به خوردگی و عمر خستگی بالا، به وفور در صنایع مختلف استفاده می‌شوند.

وی افزود: با این حال این مواد، مستعد وقوع خرابی‌های مختلف تحت بارگذاری‌های خارج از صفحه هستند که بارگذاری ضربه سرعت پایین یکی از معمول‌ترین این بارگذاری‌ها بوده که ممکن است به سازه کامپوزیتی در حین دوره کارکرد آن وارد شود. سقوط یک ابزار در حین فرآیند نگهداری هواپیما، برخورد پرنده به بدنه هواپیما در حین برخاستن یا فرود آن و یا برخورد دانه‌های بزرگ تگرگ به بدنه کامپوزیتی هواپیما در هوای طوفانی می‌تواند به سازه کامپوزیتی آسیب بزند.

وی اضافه کرد: این خرابی‌ها معمولا در داخل ماده اتفاق می‌افتند و اثر ظاهری قابل توجهی روی سطح سازه ایجاد نمی‌کنند که در اصطلاح به این نوع خرابی‌ها، خرابیِ ضربه‌ی به سختی قابلِ رؤیت (BVID) می‌گویند. با توجه به اثر مخرّب BVID بر یکپارچگی سازه کامپوزیتی و دشواری تشخیص این خرابی‌ها با روش بازرسی چشمی، روش‌های بازرسی غیرمخرب می‌توانند به عنوان ابزاری مناسب برای تشخیص و بررسی BVID در سازه‌های کامپوزیتی استفاده شوند.

وی گفت: اکثر تحقیقات انجام شده در این زمینه، بر استفاده از روش‌های فعّال بازرسی غیرمخرب همچون روش التراسونیک سی-اسکن، سی‌تی اسکن، آنالیز مودال، امواج هدایت شونده، گرمانگاری و ... متمرکز بوده که عمدتاً قابلیت پایش بلادرنگ خرابی در حین کارکرد سازه را نداشته و به منظور تشخیص خرابی، بایستی که سازه از سرویس خارج گشته و مورد آزمون قرار بگیرد.

وی افزود: در حالی که استفاده از روش نشرآوایی منجر به قابلیت پایش بلادرنگ و در حین کارکرد سازه کامپوزیتی شده و مساحت زیادی از سازه را می‌توان در یک بار پایش کرد.

به گفته سعیدی فر، نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که روش نشرآوایی ابزاری مناسب برای تشخیص و دسته‌بندی خرابی‌های BVID در سازه‌های کامپوزیتی مورد استفاده در صنایع هوایی است.

وی خاطر نشان کرد: بنا داریم در ادامه کار به غیر از تشخیص خرابی در کامپوزیت‌ها با روش نشرآوایی، از این روش برای پیش‌بینی عمر باقیمانده سازه دارای آسیب نیز استفاده کنیم که این امر می‌تواند منجر به تحول قابل توجهی در بحث تعمیر و نگهداری سازه‌های کامپوزیتی در صنایع هوایی شود و عملا به جای روش مرسوم "تعمیرات دوره‌ای و منظم" به سمت "تعمیرات در زمان لزوم" حرکت کنیم.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر با اشاره به معرفی ویژگی‌های طرح عنوان کرد: ویژگی اصلی طرح حاضر قابلیت ارزیابی کامل و دقیق خرابی در چهار سطح است: «قابلیت پایش بلادرنگ خرابی ضربه در سازه‌های کامپوزیتی هوایی با روش نشرآوایی»، «قابلیت تعیین لحظه وقوع خرابی در سازه تحت ضربه»، «قابلیت تعیین گسترش خرابی در حین کارکرد سازه آسیب‌دیده» و «قابلیت تعیین و تفکیک مکانیزم‌های مختلف خرابی در سازه آسیب‌دیده».

سعیدی فر با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: با تشخیص به موقع خرابی ضربه در بدنه کامپوزیتی هواپیما، می‌توان از خرابی فاجعه‌بار آن که منجر به خسارات جانی و مادی فراوانی می‌شود جلوگیری کرد و عملاٌ مانع از گسترش خرابی و تحمیل هزینه‌های زیاد در بخش تعمیر و نگهداری هواپیما شد.

وی با اشاره به کاربرد‌های پروژه گفت: کاربرد اصلی این پروژه در بحث پایش سلامت سازه و تعمیر و نگهداری سازه‌های کامپوزیتی در صنایع هوایی است.

گفتنی است: استاد راهنمای این پروژه مهدی احمدی نجف آبادی (استاد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه امیرکبیر) و اساتید مشاور طرح، حسین حسینی تودشکی (استاد دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی امیرکبیر)، میثم جلالوند (استادیار دانشکده مهندس دانشگاه University of Southampton انگلستان) و دیمیترویس زاروخاس (دانشیار دانشکده مهندسی هوافضا- دانشگاه Delft University of Technology هلند) هستند.

از این پروژه دو مقاله در مجله بسیار معتبر Composites Part B: Engineering با ضریب تأثیر ۹.۱ به چاپ رسیده است. مقالات مذکور ناظر به استفاده از روش‌های پیچیده پردازش سیگنال و یادگیری ماشین در تعیین و دسته‌بندی خرابی‌های BVID در سازه‌های کامپوزیتی با روش نشرآوایی بوده‌اند.