پايش خرابي ورق آلومينيومي ترميم‌شده با وصله چندلايه‌اي فلز الياف با آكوستيك اميشن

Damage monitoring of aluminum sheet repaired with fiber metal laminate patch by acoustic emission

در اين مقاله به پايش خرابي ورق آلومينيومي 2024-T3 ترك‌دار ترميم شده با وصله چند لايه فلز الياف با روش آكوستيك اميشن پرداخته مي‌شود. براي آزمون تجربي 12 نمونه ساخته شده است. نمونه‌ها را به 4 دسته با توجه به زاويه ترك (صفر و 45 درجه) و حالت ترميم شده و نشده تقسيم گرديده است. براي حصول اطمينان از خطاي پايين ساخت نمونه‌ها، از لايه از پيش آغشته كامپوزيتي استفاده شده و سطوح آلومينيوم،‌ آنودايز در محلول اسيد كرميك شده و پخت در اتوكلاو انجام گرديده است. در مرحله ايجاد ترك خستگي با استفاده از داده برداري آكوستيك اميشن لحظه ايجاد ترك خستگي تشخيص داده شده است. با استفاده از مجموع انرژي امواج آكوستيك اميشن شناسايي شروع و رشد خرابي و رشد بحراني جدايش شناسايي شده است. مكانيزم‌هاي مختلف خرابي با استفاده از تصاوير ميكروسكوپ الكتروني و بررسي سطوح شكست مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از يك روش كه جهت تحليل فركانسي امواج معرفي شده سعي شده است، محدوده فركانسي خرابي‌هاي مختلف از هم تفكيك شود. با توجه به اشتراك داشتن محدوده فركانسي مكانيزم‌هاي ايجاد ترك در رزين، جدايش الياف از رزين و جدايش وصله از آلومينيوم، نمودار نيرو- جابجايي به سه ناحيه تقسيم شده و در هر ناحيه كه احتمال وقوع يك فرايند بيشتر مي‌باشد، محدوده فركانسي امواج مورد بررسي قرار گرفته است. محدوده‌ِ فركانس‌هاي‌ غالب پلاستيك شدن آلومينيوم و رشد ترك 440 تا 480 كيلوهرتز و محدوده فركانس‌هاي مكانيزم جدايش 100 تا 150 و 200 تا 220 كيلوهرتز بدست آورده شد.

In this paper, acoustic emission monitoring of repaired aluminum 2024-T3 sheet with FML patch is studied. For the experimental investigation, 12 samples were made and classified into 4 categories according to the crack angle (zero and 45 degrees), and repaired or unrepaired state. To reduce manufacturing errors, composite prepreg is used for producing patches, aluminum surfaces are anodized and curing is done in an autoclave. In fatigue crack initiation process, using Acoustic Emission data acquisition crack initiation moment is detected. Onset of delamination, delamination advancement and critical delamination growth rate are identified using Acoustic Emission signal cumulative energy parameter. SEM image and investigation of failure surface are used for detecting failure mechanism. By introducing one frequency analysis method we tried to classify frequency range of failure mechanism signals. Because of frequency range intersection of matrix cracking, fiber/matrix separation and delamination of patch from aluminum sheet, force-displacement curve is divided to 3 zones and frequency analysis is done in each zone where probability of certain failure mechanism is higher than the others. Aluminum plastic deformation and crack growth occur in a same frequency range 440-480 kHz while, delamination happens in 100-150 kHz and 200-220 kHz frequency ranges.