1. الخلفية البحثية
تُستخدم المركبات الساندويتش المقواة هيكليًا ذات الفواصل المنسوجة WSRS على نطاق واسع في ممتصات الصدمات في الطيران والنقل والبناء نظرًا لخصائصها الممتصة للطاقة وخفة الوزن ومقاومة عالية للتقشير.
إن بنية الساندويتش WSRS معقدة، وهناك نقص في الأساليب الفعالة لتحديد قدرتها على تحمل الحمل وعملية الفشل في اتجاه الالتواء (WSRS-WA) واتجاه اللحمة (WSRS-WE) تحت التحميل الميكانيكي.
2. نظرة عامة على البحث
يستخدم الباحثون من مركز ابتكار تكنولوجيا المنسوجات والملابس بجامعة حمد بن خليفة تقنية الانبعاث الصوتي لالتقاط طاقة الضغط المنبعثة من الضرر تحت التحميل الميكانيكي لـ WSRS بمواصفات ارتفاع مختلفة (انظر 3.1 لمزيد من التفاصيل)، ثم يستخدمون تقنية ارتباط الصور الرقمية (DIC) لمراقبة نمط الضرر في المنطقة التالفة في الوقت الفعلي بالإضافة إلى صورة التأثيرات التآزرية للطبقة السطحية والوبر الأساسي ومادة الرغوة، وتحليل الخصائص الميكانيكية ومعلمات إشارات الانبعاث الصوتي ومخططات الضغط والدراسة للتحقق من آلية الضرر أثناء تحميل الانحناء.
3. مواد ومعدات البحث
3.1 تحضير ستة عينات WSRS بأحجام وخصائص ميكانيكية مختلفة لاستخدامها كعينات قياسية تجريبية.
3.2 معدات كشف الانبعاثات الصوتية (AE)، ومكبر صوت 40 ديسيبل، ومحولان RS-2A لالتقاط ستة إشارات AE لتحليل الأضرار وتحديد آليات فشل WSRS.
3.3 جهاز قياس مجال الضغط باستخدام تقنية الارتباط بالصور الرقمية (DIC)، والذي يلتقط الضغط الميداني الكامل في اتجاه WA وWE للعينة، لاستعادة عملية الضرر الديناميكي لـ WSRS، ودراسة آلية استجابة الانحناء.
3.4 آلة قوة المواد العالمية، اختبار الانحناء ثلاثي النقاط لـ WSRS، معيار الاختبار راجع ISO 1209-1-2007(E).
3.5 المجهر الإلكتروني الماسح، لتحليل الفشل النهائي لـ WSRS، للتحقق من استنتاجات تحليل إشارة AE وتحليل سلالة ارتباط الصور الرقمية (DIC).
4. التحقق من صحة دراسة الارتباط بالصور الرقمية (DIC)
تم اختيار المنطقة الوسطى من WSRSs الستة (انظر الشكل 2) لتحليل DIC للحصول على تغييرات الضغط المحلية بين اللب والرغوة، وتم مراقبة WSRSs في الوقت الحقيقي باستخدام الضغط الجزئي Lagrangian لمقارنة اتجاهات الضغط الجزئي المتوسط لـ WSRSs الستة بمرور الوقت (انظر الشكل 3).
تكشف المقارنة أن WSRS-2 و WSRS-4 لهما نفس مسار الانفعال، مما يشير إلى أن الانفعال الانضغاطي أكبر من الانفعال الشد، لكن الانفعال الدقيق أكثر حدة من ذلك الخاص بـ WSRS-4، مما يشير إلى أن WSRS-2 ينتج المزيد من أضرار القص. آلية الضرر الخاصة بـ WSRS-6 ليست واضحة، مع حالة تحميل مستقرة وتباين خطي للانفعال الدقيق المتوسط، والانفعالات الطولية WSRS-6-WA والانفعالات العرضية WSRS-6-WE الاتجاه مختلف، ويُظهر الانفعال الدقيق المتوسط لـ WA في اتجاه الالتواء نفس الانفعال الانضغاطي مثل WSRS-4. يُظهر الاتجاه العرضي انفعال شد واضح.
لمزيد من مراقبة اتجاهات الإجهاد أثناء تحميل ستة WSRSs، تم اختيار خرائط الإجهاد لتوصيف أوضاع الفشل في ست نقاط زمنية مختلفة، باستخدام 20 ثانية كعقدة. تشير المنطقة الزرقاء إلى الإجهاد الانضغاطي، وتشير المنطقة الحمراء إلى الإجهاد الشد الناجم عن التغيير في الوقت الفعلي لقيم الإجهاد الجزئي. يوضح الشكلان 4 و 5 أن طبقة اللب، باعتبارها جسم الفشل الرئيسي، مفقودة أثناء ضغط الرغوة.
وفقًا لـ WSRS-WA (الشكل 4)، تتأثر الطبقة الأساسية بشكل أساسي بالإجهاد الشد عندما يتسبب الضغط في تحرك الطبقة العلوية. مع زيادة الارتفاع، تُظهر الرسوم البيانية للإجهاد اتجاهات مختلفة. في غضون 60 ثانية، لا تكون الطبقة الأساسية لـ WSRS-2-WA قوية بما يكفي لتحمل الإجهاد، مما يتسبب في تحول الإجهاد الانضغاطي إلى الطبقة السفلية، مما يؤدي بعد ذلك إلى اختراق الإجهاد الانضغاطي للطبقة الأساسية بأكملها. بعد 120 ثانية، يبدو أن الطبقة الداخلية لـ WSRS-2-WA تالفة، ويحدث تقشير الواجهة في الطبقة الأساسية. يظهر الإجهاد الانضغاطي في WSRS-4-WA عند 80 ثانية، وينتشر على شكل فراشة.
أظهرت WSRS-6-WA إجهادًا انضغاطيًا عند 100 ثانية، مما يشير إلى أن الطبقة السفلية تأثرت بشكل ضعيف بتأثير الشد بسبب عامل الارتفاع، مما أدى إلى تأخير نقل الإجهاد الانضغاطي. يوضح الشكل 5 أن WSRS-2-WE وWSRS-4-WE لهما نفس اتجاه الإجهاد مثل WSRS-2-WA وWSRS-4-WA، ولكن جميعها أسبق من الأخيرة، مع ظهور إجهادات انضغاطية في WSRS-2-WE عند 40 ثانية وWSRS-4-WE عند 80 ثانية، مما يشير إلى أن التدمير الكلي لـ WSRS-WE أسبق من WSRS-WA. بعد 80 ثانية، تتفتت الطبقة العلوية مركزيًا وتمتد الطبقة السفلية وتبدو مفقودة في مخطط الإجهاد. في الوقت نفسه، أظهرت WSRS-6-WE أيضًا فصلًا للركام الأساسي (الشكل 5).
على عكس WSRS-2 وWSRS-4 وWSRS-6-WA، فإن WSRS-6-WE لديه إجهادات شد على كلا الجانبين، وهو ما يرجع إلى تأثير ربط مادة الرغوة وتأثير نقل الأكوام الأساسية لزيادة قوة الانحناء.
5. خاتمة الدراسة
كشف الجمع بين تقنية الانبعاث الصوتي (AE) وطريقة الارتباط الرقمي للصور (DIC) عن عملية الضرر الديناميكي واستجابة الانحناء للمركبات الساندويتش المقواة بهيكل الفاصل المنسوج (WSRS).
تظهر النتائج أن الإجهاد الانضغاطي الكلي لـ WSRS-WE أسبق من WSRS-WA، وأن منطقة الفشل أكثر بروزًا، مما يشير إلى أن التأثير التآزري لهيكل الركيزة الأساسية في WSRS-WE أفضل من WSRS-WA. عند تعرضها لضغوط الانحناء، تتمتع WSRS بسعة تحمل حمولة أعلى في اتجاه اللحمة مقارنة بالاتجاه الاعوجاجي، كما أنها تتميز بسلامة أفضل وقدرة تحمل حمولة أفضل.
