شکست‌نگاری و ارزیابی آسیب خستگی کامپوزیت‌های زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه به روش غیرمخرب مبتنی بر فرکانس طبیعی

با توجه به هزینه، زمان بالا و ماهیت مخرب آزمون‌های خستگی، معرفی جایگزینی غیرمخرب و سریع در توسعه مدل‌های پیش‌بینی عمر سازه‌های کامپوزیتی راهگشا می‌باشد. استحکام باقیمانده معیاری کلیدی برای ارزیابی آسیب خستگی است و در مدل‌های پیش‌بینی عمر، به‌ویژه در پره‌های توربین بادی، استفاده می‌شود. آزمون مدال به‌عنوان روشی غیرمخرب برای شناسایی عیوب خستگی به‌کار برده شده است، اما تا کنون ارتباط آن با آسیب خستگی و استحکام باقیمانده به‌طور کامل بررسی نشده است. در این پژوهش، نمونه‌هایی که تحت بارگذاری خستگی قرار گرفته بودند، مورد تحلیل مدال قرار گرفتند و استحکام باقیمانده آن‌ها اندازه‌گیری شد. نتایج نشان‌دهنده ارتباط معنادار بین استحکام باقیمانده و تغییرات فرکانس طبیعی بودند. 20 درصد کاهش در استحکام باقیمانده (از 415 به 330 مگاپاسکال) طی بارگذاری سیکلی با 12 درصد کاهش در فرکانس طبیعی (از 30.5 به 27 هرتز) همراه است. برای بررسی تاثیر سطوح مختلف تنشی بر آسیب خستگی و استحکام باقیمانده، نمونه‌ها تحت دو سطح تنش بارگذاری قرار گرفتند و سازکارهای شکست آن‌ها مقایسه شدند. تصاویر شکست نگاری نشان دادند که در سطح بارگذاری پایین‌تر، ریزسازکارهای متنوع‌تر و بیشتری فعال گردیده و تغییرات فرکانس طبیعی مد اول در این سطح بیشتر مشاهده شد. لذا پیش بینی می شود فرکانس طبیعی قابلیت تفکیک ریزسازکار‌های ساختاری ایجاد شده در بارگذاری خستگی داراست و به‌عنوان پارامتری غیرمخرب برای ارزیابی آسیب خستگی و استحکام باقیمانده استفاده شد.

fractography and non-destructive evaluation of fatigue damage in gfrp composites using natural frequency

fatigue testing of composite structures is a destructive, costly and time-consuming process. in the search for a non-destructive procedure to predict the life of fiber reinforced polymer composites under cyclic loading, modal analysis has been proposed. residual strength is considered as a popular indicator of damage accumulation and used in life prediction models. the relation between the residual strength and the modal parameters has been studied and reported. results showed that with damage accumulation over fatigue cycling, a 20% decrease in residual strength (from 415 to 330mpa) corresponded to a 12% decrease in natural frequency (from 30.5 to 27hz). investigation of the fracture surfaces of fatigued specimens showed different failure micro-mechanisms for different maximum fatigue stress levels. the first mode of natural frequency not only followed the changes of residual strength with damage accumulation but also could reflect the structural changes and alteration of failure micro-mechanisms at different maximum stress levels. this paper focuses on how varying fatigue stress levels affect the failure micro-mechanisms and the relationship between these damages, residual strength and natural frequency. at lower maximum stress levels, more failure micro-mechanisms were activated and the changes in the first mode of natural frequency were more pronounced. this suggests that natural frequency is sensitive enough to detect different fatigue micro-mechanisms and could be used as an independent, non-destructive parameter for fatigue damage assessment.