ترمیم تورق در تیرهای کامپوزیتی توسط وصلههای پیزوالکتریکی در بارگذار های استاتیکی و دینامیکی
Parallel Title Proper
Repair of delamination in composite beams via piezoelectric patches under static and dynamic loads
First Statement of Responsibility
/محسن بابائی اصل
.PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC
Name of Publisher, Distributor, etc.
: مکانیک
Date of Publication, Distribution, etc.
، ۱۳۹۸
Name of Manufacturer
، میرزائی
PHYSICAL DESCRIPTION
Specific Material Designation and Extent of Item
۸۶ص
NOTES PERTAINING TO PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC.
Text of Note
چاپی - الکترونیکی
DISSERTATION (THESIS) NOTE
Dissertation or thesis details and type of degree
کارشناسی ارشد
Discipline of degree
طراحی کاربردی
Date of degree
۱۳۹۸/۰۶/۲۰
Body granting the degree
تبریز
SUMMARY OR ABSTRACT
Text of Note
آسیب در صنایع هوا-فضا، قطعات مکانیکی و سازهای، غالبا نتیجه عواملی مانند خستگی، خوردگی و بارهای اتفاقی است .وقتی چنین آسیبهایی بدون اقدام باقی بمانند، موجب افزایش شدید سرعت تخریب به دلیل افزایش تنش و کرنش در ناحیه آسیب دیده میشوند .در نتیجه، ممکن است ظرفیت بارگذاری کاهش و دامنه ارتعاشات افزایش یابد .همچنین باعث زوال در عملکرد عادی قطعات و حتی منجر به تخریبهای فاجعه بار میشود .در اکثر مواقع، عمر کارکردی قطعه آسیب دیده، با ترمیم، بدون نیاز به تعویض آنی افزایش مییابد .بنابراین، ترمیم موثر قطعات به دلیل کاهش هزینه نسبت به تعویض، از اهمیت ویژهای برخوردار است .استفاده از انواع وصلههای فلزی، کامپوزیتی و نظایر آن، همواره به عنوان راه حلی برای مقابله با رشد ترک در سازههای مکانیکی مخصوصا سازههای دارای کاربرد در صنایع هوا-فضا، مورد استفاده قرار گرفته است .این وصلهها، با قرار گرفتن روی محل ترک خوردگی و حمل بخشی از بار وارده به قطعه، با کاهش اثر تمرکز تنش در نوک ترک به مقابله با شکست بر اثر رشد ترک میپردازند .در یک جمع بندی کلی، از جمله روشهای معمول ترمیم، میتوان به جوشکاری، پرچکاری و پیچکاری یا استفاده از وصله بدون حذف قطعه معیوب اشاره کرد .اما این روشها معایبی نیز دارند .به عنوان مثال، در دریل کاری، امکان سوراخ شدگی خطوط هیدرولیکی و الکترونیکی وجود دارد .محدودیتهای روشهای سنتی، نیاز به وجود روشی نوین برای ترمیم سازهها را ایجاد میکند .موادی چون پیزوالکتریکها با خواصی که دارند میتوانند گزینه خوبی برای انجام ترمیمها به صورت فعال و غیر فعال باشند .هدف از این پژوهش، ارائه روشی برای ترمیم تورق بین لایهای در تیرهای کامپوزیتی، تحت بارگذاریهای استاتیکی و دینامیکی با استفاده از وصلههای پیزوالکتریک است .رفتار مورد انتظار سازه ترمیم شده، رفتاری نزدیک به رفتار تیر سالم است .یعنی در بارگذاری استاتیکی حداکثر خیز تیر معیوب نزدیک به تیر سالم و در بارگذاری دینامیکی فرکانس طبیعی تیر معیوب نزدیک به تیر سالم باشد .برای تحلیل تیر با وصله پیزوالکتریک، از روابط تحلیلی و تئوری تیر تیموشنکو و اویلر-برنولی استفاده شده است و نتایج حاصله توسط مقایسه با نتایج موجود در ادبیات موضوع صحه گذاری شده است .در نهایت، ولتاژ اعمالی به وصله پیزوالکتریک به منظور ترمیم تیر کامپوزیتی متورق در دو حالت استاتیکی و دینامیکی ارائه شده است و ارتباط بین ولتاژ با محل و اندازه تورق و محل اعمال نیرو و ...بررسی شده است .استفاده از وصله پیزوالکتریک روشی مناسب برای تعمیر تیر کامپوزیتی متورق است .درصد تعمیر بالای نود درصد در اکثر شرایط برای بارگذاری استاتیکی حاصل میشود .فرکانس طبیعی تیر تعمیر شده معمولا در بازهای زیر ۱۰ درصد اختلاف با نمونه سالم قرار میگیرد .ولتاژ مورد نیاز برای تعمیر، با استفاده از این روش، عددی کمتر از ۳۰۰ ولت است که در شرایط عملی، به سادگی قابل اعمال است .شرایط مرزی تیر، پارامترهای تیر و خواص لایه پیزوالکتریک، تاثیر زیادی در ولتاژ، درصد تعمیر و نزولی یا صعودی بودن روند تغییرات ولتاژ دارد
Text of Note
Damage in aerospace, mechanical and structural components often result from factors such as fatigue, corrosion and accidental loads. When such damage remains unattended, it causes a considerable increase in the rate of the destruction due to the increased stress and strain in the damaged area. As a result, loading capacity can decrease and vibration amplitude can increase. It can also lead to deterioration in the normal operation of the components and even to catastrophic damage. In most cases, the service life of the damaged component increases with repair thus eliminating the need for the immediate replacement which results in cost reduction. The use of metal and composite patches has always been used as a solution to prevent crack growth in mechanical structures. These patches, reduce the effect of stress concentration at the crack tip by placing on the cracking site thus carrying part of the load on the piece, counteract failure. In a general summary, including commonly used repair methods such as welding, riveting and mounting or using a patch without the removal of a damaged part, can be mentioned. But these methods also have disadvantages. For example, Hydraulic and electric lines can be damaged during drilling. The limitations of traditional methods create the need for a new method for the repair of the structures. Smart materials like piezoelectric can be a good option for active or passive repair. The objective of this study is to develop a method for repairing the delamination in composite beams under static and dynamic loads using piezoelectric patches. The behavior of the repaired structure is expected to be as near as possible to the behavior of healthy beam. That is, in the static loading the maximum deflection of the defective beam is near to the healthy beam and in the dynamic loading of the natural frequency of the defective beam is near to the healthy beam. For this purpose, according to the design parameters, the applied voltage of piezoelectric patches is calculated. To study the beam with a piezoelectric patch, analytical relationships of Euler Bernoulli and Timoshenkos beam theory is used and the results are verified using comparison between this work and literature. Finally, the needed voltage to apply in piezoelectric patch to repair the delaminated composite beam under static and dynamic loads are presented and the relationship between the applied voltage and the location and size of the delamination, composite layer layout, the location of force and etc is investigated. Using a piezoelectric patch is an effective way for repairing a delaminated composite beam and by using this approach, one can expect a repair percentage north of ninety percent in almost every static loading scenario. Also, first natural frequency of repaired beam usually differs less than ten percent from the healthy beam. Repair voltage using this method, lies under 300 Volts which in practice is easy to apply. Boundary condition and properties of piezoelectric layer, have a significant effect on voltage, repair percent and trend of voltage versus other parameters of the beam
PARALLEL TITLE PROPER
Parallel Title
Repair of delamination in composite beams via piezoelectric patches under static and dynamic loads