انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

پایان نامه 

انجام پایان نامه|پایان نامه آزمايشات غيرمخرب تخته خرده چوب با روشهاي فراصوتي و ارتعاشي



موضوع:
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 آزمون، 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).
به علت رطوبت زياد، صوت در تخته خرده چوب با يك فركانس كمتر در حد 20 تا 100 كيلوهرتز در مقايسه با كاربردهاي معمول براي مواد ايزوتروپيك و هموژن (5/0 تا 10 مگاهرتز) استفاده مي‎شود. ‎(Krautkramer [13], Greuble, Plinke [12])
4-4-1- روش فراصوت عمود بر صفحه تخته
هنگام استفاده از سرعت فراصوتي در حالت عمود بر صفحه تخته براي تعيين مقاومت چسبندگي داخلي، بايد به پروفيل دانسيته توجه گردد. از آنجائيكه زمان پراكنش صدا محاسبه مي‎شود، سرعت صوت انتگرال زمان پراكنش صدا در لايه‎هاي مختلف تخته است. هنگامي كه دانسيته كاهش مي‎يابد، سرعت صوت نيز كاهش مي‎يابد و پالس صدا زمان بيشتري براي عبور از لايه را نياز دارد. اين مسئله بدين مفهوم است كه دانسيته كم لايه مياني منوط به قسمت اعظم زمان عبور امواج صوتي (شكل 1) است. به همين علت است كه لايه مياني بيشترين اثر را بر وي زمان پراكنش صوتي دارد. از همين روي امكان تعيين چسبندگي داخلي با روش فراصوتي ناشي مي‎شود.
در شكل 1 يك پروفيل دانسيته بصورت نمونه نشان داده مي‎شود.
شكل 1- پروفيل دانسيته بر صفحه تخته زمان پراكنش صدا براي هر لايه در تخته
Plinke  و [12] Greuble مقاله‎اي تهيه كرده‎اند كه براي تعيين مقاومت چسبندگي داخلي چندين مرتبه از آن استفاده نموده‎اند. متغيرهاي مورد استفاده حداقل دانسيته از مقادير پروفيل دانسيته در 4 درصد فاصله از لايه مياني به همراه روش سرعت صوت عمود بر صفحه تخته بودند. اين روش نتايج خيلي خوبي را از ‎IB با يك دامنه واريانس از ‎R2 = 0.53  تا ‎R2 = 0.98 ارائه داد.

.

 


انجام پایان نامه

 

پایان نامه

برای دیدن ادامه مطلب از لینک زیر استفاده نمایید

سفارش پایان نامه

نقشه