موضوع مقاله: تکنیک تحریک تکانه | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تکنیک تحریک تکانه | مقدمه: تکنیک تحریک تکانه‌ای (IET) یک تکنیک توصیف مواد غیر مخرب برای تعیین خواص الاستیک و اصطکاک داخلی یک ماده مورد نظر است. | ## بخش 1: تکنیک تحریک تکانه | این تکنیک فرکانس‌های تشدید را برای محاسبه مدول یانگ، مدول برشی، نسبت پواسون و اصطکاک داخلی اشکال از پیش تعریف‌شده مانند میله‌های مستطیلی، میله‌های استوانه‌ای و نمونه‌های دیسکی اندازه‌گیری می‌کند. اندازه‌گیری‌ها را می توان در دمای اتاق یا در دماهای بالا (تا 1700 درجه سانتیگراد) تحت اتمسفرهای مختلف انجام داد. اصل اندازه‌گیری بر پایه ضربه زدن به نمونه با یک پرتابه کوچک و ثبت سیگنال ارتعاش القایی با سنسور پیزوالکتریک، میکروفون، ارتعاش سنج لیزری داپلر یا شتاب سنج است. برای بهینه‌سازی نتایج می‌توان از میکروفون یا ارتعاش سنج لیزری استفاده کرد زیرا هیچ تماسی بین قطعه آزمایش و سنسور وجود ندارد. پس از آن، سیگنال ارتعاشی به‌دست آمده در حوزه زمان با استفاده از یک تبدیل فوریه سریع به حوزه فرکانس تبدیل می‌شود. نرم افزار اختصاصی فرکانس تشدید را با دقت بالا برای محاسبه خواص الاستیک براساس تئوری پرتو کلاسیک تعیین می‌کند. خواص الاستیک فرکانس‌های تشدید متفاوتی می‌توانند بسته به موقعیت سیم‌های پشتیبانی، تکانه مکانیکی و میکروفون تحریک شوند. دو فرکانس تشدید مهم عبارت‌اند از خمشی که توسط مدول یانگ نمونه کنترل می‌شود و فرکانس پیچشی که توسط مدول برشی برای مواد همسانگرد کنترل می‌شود. برای اشکال از پیش تعریف شده مانند میله‌های مستطیلی، دیسک‌ها، میله‌ها و چرخ‌های سنگ زن، نرم افزار اختصاصی خواص الاستیک نمونه را با استفاده از ابعاد نمونه، وزن و فرکانس تشدید محاسبه می کند (ASTM E1876-15). ارتعاش درون صفحه با چرخاندن نمونه 90 درجه بر روی محور موازی با طول آن تحریک می‌شود. برای به حداقل رساندن استهلاک قطعه آزمایش، باید در گره‌هایی که دامنه ارتعاش صفر است، پشتیبانی شود. قطعه آزمایش به طور مکانیکی در یکی از ضدگره‌ها تحریک می‌شود تا حداکثر لرزش را ایجاد کند. نسبت پواسون نسبت پواسون معیاری است که در آن یک ماده تمایل به انبساط در جهت‌های عمود بر جهت تراکم را دارد. پس از اندازه‌گیری مدول یانگ و مدول برشی، نرم‌افزار اختصاصی نسبت پواسون را با استفاده از قانون هوک تعیین می‌کند که تنها می‌تواند بر اساس استانداردهای مختلف برای مواد همسانگرد به‌ کار برود. اصطکاک داخلی / استهلاک میرایی مواد یا اصطکاک داخلی با کاهش دامنه ارتعاش نمونه در ارتعاش آزاد به عنوان کاهش لگاریتمی مشخص می‌شود. رفتار میرایی ناشی از فرآیندهای غیر الاستیکی است که در یک جامد تحت فشار رخ می‌دهد، مانند میرایی ترموالاستیک، میرایی مغناطیسی، میرایی چسبناک، میرایی عیب، . به عنوان مثال، عیب‌های مواد مختلف (جابه‌جایی، محل‌های خالی، ...) می‌تواند به افزایش اصطکاک داخلی بین عیبهای ارتعاشی و مناطق مجاور کمک کند. روش‌های دینامیک در مقابل استاتیک با توجه به اهمیت خاصیت‌های الاستیک برای کاربردهای طراحی و مهندسی، تعدادی از تکنیک‌های آزمایشی توسعه یافته‌اند و می‌توان این تکنیک‌ها را به 2 گروه طبقه‌بندی کرد. روش‌های استاتیکی (مانند آزمایش خمش چهار نقطه‌ای و نانو فرورفتگی) براساس اندازه‌گیری مستقیم تنش‌ها و کرنش‌ها در طول آزمایش‌های مکانیکی است. | ## بخش 2: تکنیک تحریک تکانه | روش‌های دینامیکی (مانند طیف‌سنجی اولتراسوند و تکنیک تحریک تکانه) مزیتی نسبت به روش‌های استاتیکی دارند، زیرا اندازه‌گیری‌ها نسبتاً سریع و ساده هستند و کرنش‌های الاستیک کوچکی دارند. این تکنیک همچنین می‌تواند به راحتی برای آزمایش‌هایی با دمای بالا اصلاح شود و در آن‌ها فقط مقدار کمی از مواد در دسترس باشد. دقت و عدم قطعیت مهم‌ترین پارامتر برای تعریف عدم قطعیت اندازه‌گیری، جرم و ابعاد نمونه است. امروزه، تجهیزات IET می‌توانند اندازه‌گیری‌هایی را بین 50- درجه سانتی‌گراد و 1700 درجه سانتی‌گراد در اتمسفرهای مختلف (هوا، بی اثر، خلاء) انجام دهند. IET بیشتر در تحقیقات و به عنوان ابزار کنترل کیفیت برای مطالعه انتقال‌ها به عنوان تابعی از زمان و دما استفاده می‌شود. با مطالعه خاصیت‌های ارتجاعی و میرایی می‌توان نگرشی دقیق از ساختار کریستالی مواد به‌دست آورد. به عنوان مثال، برهم‌کنش جابه‌جایی‌ها و عیب‌های نقطه‌ای در فولادهای کربنی مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین آسیب مادی متراکم شده در طی عملیات شوک حرارتی را می‌توان برای مواد نسوز تعیین کرد. به عنوان مثال، بلوک‌های موتور را می‌توان با ضربه زدن روی آن‌ها و مقایسه سیگنال ضبط شده با سیگنال از پیش ضبط شده یک بلوک موتور مرجع آزمایش کرد. با استفاده از الگوریتم‌های تحلیل خوشه‌ای ساده یا تحلیل مؤلفه‌های اصلی، تشخیص الگوی نمونه با مجموعه‌ای از سیگنال‌های از پیش ضبط‌شده نیز قابل دستیابی است. همبستگی های تجربی میله مستطیلی مدول یانگ با E مدول یانگ m جرم ff فرکانس خمشی ب عرض L طول t ضخامت T ضریب تصحیح ضریب تصحیح فقط در صورتی قابل استفاده است که L/t ≥ 20 باشد! مدول برشی با توجه داشته باشید که فرض می کنیم که b≥t G مدول برشی ft فرکانس پیچشی m جرم b عرض L طول t ضخامت R ضریب تصحیح میله استوانه‌ای مدول یانگ با E مدول یانگ m جرم f f فرکانس خمشی d قطر L طول T ضریب تصحیح ضریب تصحیح فقط در صورتی قابل استفاده است که L/d ≥ 20 باشد! برای مواد همسانگرد، رابطه بین کرنش‌ها و تنش‌ها در هر نقطه از ورق‌های مسطح با ماتریس انعطاف‌پذیری [S] در عبارت زیر ارائه می‌شود: جایگزین= در این عبارت ε1 و ε2 کرنش‌های نرمال در جهت 1 و 2 و Υ12 کرنش برشی است. رفتار مواد پیچیده‌تر مانند رفتار مواد ارتوتروپیک را می‌توان با روش‌های گسترده IET شناسایی کرد. زمانی که خاصیت‌های کشسانی نسبت به یک سیستم مستطیلی از محورهای دکارتی متقارن باشد، ماده‌ای ارتوتروپیک نامیده می‌شود. در حالت تنش دوبعدی، مانند ورقه ‌های نازک، روابط تنش-کرنش برای مواد ارتوتروپیک تبدیل می‌شود: جایگزین=|600x600پیکسل E1 و E2 مدول‌های یانگ در جهت 1 و 2 و G12 مدول برشی داخل صفحه است. IET گسترده برای رفتار مواد ارتوتروپیک روش‌های استاندارد برای شناسایی دو مدول یانگ E1 و E2 به دو آزمون کشش خمشی IET نیاز دارند، یکی در یک برش تیر در امتداد جهت 1 و دیگری در یک برش تیر در امتداد جهت 2. اگر کرنش‌های عرضی نیز در طول آزمایش‌های کشش اندازه‌گیری شوند، نسبت‌های پواسون اصلی و فرعی را می‌توان شناسایی کرد. چپ|220x220پیکسل "رویه تشدید کننده" توسعه IET با استفاده از روش معکوس (همچنین به نام "روش آزمایش عددی مختلط") است. | ## بخش 3: تکنیک تحریک تکانه | روش رزونالیزر غیر مخرب امکان شناسایی سریع و دقیق 4 ثابت مهندسی E1 ،E2 ،G12 و v12 را برای مواد ارتوتروپیک فراهم می‌کند. برای شناسایی چهار ثابت ماده ارتوتروپ، باید سه فرکانس طبیعی اول یک صفحه آزمایش مستطیلی با ضخامت ثابت و اولین فرکانس طبیعی دو تیر آزمایش با مقطع مستطیلی اندازه‌گیری شود. یک تیر آزمایشی در امتداد جهت طولی 1 بریده می‌شود و دیگری در امتداد جهت عرضی 2 بریده می‌شود (شکل سمت راست را ببینید). مدول یانگ تیرهای آزمایش را می‌توان با استفاده از فرمول خمشی IET برای تیرهای آزمایشی با مقطع مستطیلی پیدا کرد. نسبت عرض/طول صفحه آزمایش باید طبق فرمول زیر برش داده شود: راست این نسبت به اصطلاح "صفحه پواسون" تولید می‌کند. خاصیت جالب یک صفحه پواسون آزاد معلق این است که اشکال مقید که با 3 فرکانس تشدید اول مرتبط هستند ثابت هستند: فرکانس تشدید اول با شکل مقید پیچشی، فرکانس تشدید دوم با شکل مقید زین مرتبط است. 333x333پیکسل364x364پیکسل297x297پیکسل بنابراین، بدون نیاز به بررسی ماهیت اشکال مقید، IET روی یک صفحه پواسون رفتار ارتعاشی یک صفحه پواسون را نشان می‌دهد. اکنون سوال این است که چگونه می‌توان ثابت‌های مهندسی ارتوتروپیک را از فرکانس‌های اندازه‌گیری شده با IET روی تیرها و صفحه پواسون استخراج کرد. این مشکل را می‌توان با یک روش معکوس (همچنین به نام "روش عددی/تجربی مختلط") بر اساس مدل کامپیوتری المان محدود (FE) صفحه پواسون حل کرد. یک مدل FE امکان محاسبه فرکانس‌های رزونانس را برای مجموعه‌ای از خواص مواد فراهم می‌کند در روش معکوس، خاصیت‌های مواد در مدل اجزای محدود به‌گونه‌ای به‌روز می‌شوند که فرکانس‌های رزونانس محاسبه‌شده با فرکانس‌های رزونانس اندازه‌گیری شده مطابقت داشته باشند. آیا راه حل منحصر‌به‌فرد است؟الزامات برای به‌دست آوردن نتایج خوب عبارت‌اند از: · مدل FE باید به اندازه کافی دقیق باشد · اندازه‌گیری‌های IET باید به اندازه کافی دقیق باشد · مقادیر شروع باید به اندازه کافی به راه‌حل نهایی نزدیک باشد تا از حداقل محلی (به جای حداقل جهانی) جلوگیری شود. فرکانس‌های محاسبه شده در مدل FE صفحه پواسون باید برای تغییرات تمام پارامترهای مواد حساس باشد. در موردی که مدول‌های یانگ (به‌دست آمده توسط IET) در روش معکوس ثابت هستند (به عنوان پارامترهای غیر متغیر) و اگر فقط نسبت پواسون v12 و مدول برشی درون صفحه G12 به عنوان پارامترهای متغیر در مدل FE در نظر گرفته شوند، روش رزونالیزر''' تمام نکات لازم گفته شده در فوق را برآورده می‌کند. در واقع، IET فرکانس‌های تشدید بسیار دقیقی را حتی با تجهیزات غیر متخصص ارائه می‌دهد. یک FE از یک صفحه را می‌توان با انتخاب یک شبکه المان به اندازه کافی دقیق بسیار دقیق ساخت، دانش اشکال مقید یک صفحه پواسون را می‌توان برای تولید مقادیر شروع بسیار خوب با استفاده از روش میدان مجازی استفاده کرد. و 3 فرکانس طبیعی اول یک صفحه پواسون به تغییرات تمام ثابت‌های مهندسی ارتوتروپ حساس هستند. استانداردها ASTM E1876 - 15 روش تست استاندارد برای مدول یانگ پویا، مدول برشی و نسبت پواسون توسط تحریک ضربه ای ارتعاش . | ## جمع‌بندی | ISO 12680-1:2005 - روش های آزمایش برای محصولات دیرگداز - قسمت 1: تعیین مدول یانگ پویا (MOE) با تحریک ضربه ای ارتعاش .