بررسی تخته خرده چوب و آزمایشات غیرمخرب با روش های فراصوتی و ارتعاشی دارای 71 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد بررسی تخته خرده چوب و آزمایشات غیرمخرب با روش های فراصوتی و ارتعاشی کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
پیشگفتار
این پایاننامه نقطه عطفی مهم در برنامه مهندسی مكانیك خصوصاً در زمینه تكنولوژی چوب در دانشگاه تكنولوژی Lulea است موضوع این كار توسط پروفسور Holzwissenschaftenfur، استاد دانشگاه زوریخ فراهم شد و آزمایشات غیرمخرب ویژگیهای الاستیك (ارتجاعی) و شكنندگی تخته خرده چوب با روشهای فراصوتی و فركانس ایگن را پوشش میدهد. انتخاب این موضوع با این هدف انجام شد كه مرجع فارسی مناسبی برای مطالعات آینده علاقمندان فراهم شود و علاقمندان با فراغ خاطر بیشتر به مطالعه مهندسی مكانیك در زمینه تكنولوژی چوب بپردازند و باعث پیشرفت صنعت چوب و كاغذ شوند.
چكیده
در تولید تخته خرده چوب، ویژگیهای مختلف تخته به منظور حفظ كیفیت تخته با محدودیتهای مورد لزوم اندازهگیری میشوند. روشهای غیرمخرب برای این منظور شامل آزمایشات فراصوتی و فركانس ایگن هستند. این روشها برای اندازهگیری مقاومت تخته پس از پرس، در جهت مقاصد كنترل فرآیند پیشنهاد شدهاند. ثابت شده است كه روشهای سرعت فراصوتی و فركانس ایگن ابزارهای مناسبی برای انجام این كار هستند. نتایج نشان میدهند كه مدول یانگ و مقاومت خمشی را میتوان با این روشها تعیین نمود. چسبندگی داخلی را فقط با دقت نسبتاً كافی میتوان با مدلهای ارتجاع طبیعی تعیین كرد. استفاده از مدلهای گوناگون اغلب مواقع مدلهای معتبرتر و بهتری را برای مدول یانگ و مقاومت خمشی و پیشبینیهای بهتری را برای چسبندگی داخلی ارائه میدهند. اگر متغیرها ضعیف باشند مدلهای گوناگون برای پیشبینیهای پیچیده مناسب هستند.
فهرست مطالب
1-1- سابقه
2-1- هدف و منظور این مطالعه
3-1- دامنه و تعیین حدود
4-1- تئوری و كارهای پیشین
1-4-1- آزمایشات غیرمخرب
2-4-1- تحلیل فركانس ایگن
3-4-1- روش فراصوتی موازی با صفحه تخته
4-4-1- روش فراصوتی عمود بر صفحه تخته
2- مواد و روش
1-2- مواد
2-2- طراحی آزمایش
3-2- روش زمایش
4-2- مدلسازی PLS و تحلیل اطلاعات
1-4-2- روش PLS
3- روشهای آزمایش - تئوری و كاربردی
1-3- روش آزمایش DIN/EN
عنوان صفحه
1-1-3- تعیین مدول الاستیسیته در خمش و مقاومت خمشی در استاندارد DIN-EN310
2-1-3- تعیین مقاومت كششی عمود بر صفحه تخته
3-1-3- تعیین رطوبت نسبی با استاندارد DIN – EN 323 و تعیین دانسیته با استاندارد DIN – EN 323
2-3- سرعت صوت
3-3- فركانس ایگن
4-3- ماشین آزمایش سریع Testrob
4- نتایج و تحلیل و بررسی
1-4- تعیین چسبندگی داخلی
1-1-4- تعیین با مدلهای خطی
2-1-4- تعیین چسبندگی داخلی با مدلهای گوناگون
2-4- تعیین مقاومت خمشی و مدول یانگ برای تختههای بزرگ
1-2-4- تعیین MOR
2-2-4- تعیین MOE
3-4- تعیین مقاومت خمشی از روی اطلاعات نمونه
1-3-4- مدلهای خطی
2-3-4- مدلهای چندمتغیری
عنوان صفحه
3-3-4- مدلهای برای تعیین MOR تهیه شده از مقادیر متوسط
4-4- تعیین مدول یانگ از روی اطلاعات نمونه
1-4-4- كلیه نمونهها
2-4-4- مقادیر متوسط
3-4-4- تفاوتهای روشهای استاتیك و روشهای دینامیك
5-4- تأثیر متعادلسازی
6-4- مقادیر اندازهگیری Testrob
5- نتایج
1-5- كارآئی مدلها برای كنترل فرآیند
1-1-5- سرعت اولتراسونیك برای تعیین چسبندگی داخلی
2-1-5- سرعت اولتراسونیك برای تعیین MOR و MOE
3-1-5- اندازهگیری با فركانس خاص برای تعیین MOR و MOE
4-1-5- مدلهای چند سنسوری برای تعیین MOR و MOE
5-1-5- كاربرد روشهای مذكور برای تختههای بزرگ
6-1-5- اندازهگیری با Testrob
2-5- تأثیر و شدت شرایط سازی
3-5- سنجش دما
6- كار ثانویه
7- مقالات و منابع
1- طرح آزمایش برای تختههای مختلف
2- نتایجی از برگشتهای خطی (روابط خطی)
3- نتایجی از مدلهای گوناگون (چندمتغیری)
4- تأثیر دما روی سرعت صوت
5- واژهنامه
6- محلهای اندازهگیری در آزمایشات مختلف
7- برنامه آزمایش
1- مقدمه
این پایاننامه نقطه عطفی مهم در برنامه مهندسی مكانیك، خصوصاً در تكنولوژی چوب در دانشگاه تكنولوژی Luleo است. موضوع این پایاننامه آزمایشات غیرمخرب ویژگیهای الاستیك برای تخته خرده چوب با استفاده از روشهای فراصوتی و فركانس ایگن میباشد.
1-1- سابقه
تخته خرده چوب قطعاًُ مواجه با تقاضاهای كاربردی است. این موارد موردنظر ویژگیهایی نظیر مقاومت خمشی و چسبندگی داخلی را به خوبی دیگر ویژگیها مورد لحاظ قرار میدهند، در تولید معمولی، نمونههائی تصادفی برای تعیین ویژگیهایشان برداشته میشوند. رایجترین روشهای آزمایشی مورد استفاده مخرب و با اتلاف زمان زیاد هستند و صرفاً بخش خیلی كوچكی از كل تولید، آزمایش میشود. این مطلب بدین معناست كه تولید با ترتیبات نادرست فرآیند میتواند قبل از اینكه خطا مورد توجه قرار گیرد، تا زمان زیادی ادامه بیابد. همچنین ممكن است كه به مقادیر زیادی از تختههای وازده (مردود) یا تختههائی با كیفیت نامرغوب منتهی شوند كه هزینههای زیادی را برای تولید تخته دربردارد.
برای پرهیز از این مشكل، دستگاهی برای آزمایش كردن سریع توسعه یافته است كه آزمایشات را به طور خودكار (اتوماتیك) انجام میدهد. در این حالت، پروسه آزمایش سریعتر پیش میرود اما هنوز اندازهگیری ساعتها به طول میانجامد. به همین دلیل، یك روش آزمایش غیرمخرب برای تعیین ویژگیهای تخته خرده چوب هدفی مطلوب است كه بتواند بعد از پرس مستقیماً استفاده شود. احتمال تعیین ویژگیهای تخته با روشهای غیرمخرب در خط تولید بعد از پرس و بنابراین قابلیت كنترل بهتر كیفیت پروسه میتواند مزایای زیادی را در كاهش میزان تختههای رد شده و كیفیت پائین به ارمغان بیاورد.
2-1- هدف و منظور از این مطالعه
هدف از این مطالعه جهت تعیین كارائی دو روش آزمایش غیرمخرب، سرعت فراصوتی و تحلیل فركانس ایگن و برای آزمودن تأثیر تعادلسازی بروی نتایج آزمایش غیرمخرب است. هدف توسعه مدلهای مؤثر برای تشخیص مقاومت خمشی، مدل الاستیسیته و چسبندگی داخلی برای تخته خرده چوب است.
3-1- دامنه و تعیین حدود
این مطالعه به یك نوع خاص از صنعت تخته خرده چوب محدود میشود. نحوه كار شامل طراحی آزمون، جمع كردن اطلاعات، تحلیل آنها و توسعه و گسترش مدلها برای تعیین چسبندگی داخلی، مقاومت خمشی و مدول یانگ میباشد. این مدلها عملاً بر پایه سرعت صوت و خمش پایه با فركانس ایگن در حالت عمود بر صفحه برای بررسی خواص فیزیكی تخته خرده چوب هستند. برای آزمایش نمونه تخته بزرگ، فركانس ایگن در جهت طولی نیز بكار برده میشود. این پایاننامه همچنین شامل یك ارزشیابی از تأثیر متعادلسازی میباشد.
4-1- تئوری و كارهای پیشین
1-4-1- آزمایشات غیرمخرب
ارزشیابی غیرمخرب ویژگیهای تخته خرده چوب میتواند با روشهای زیادی انجام شود. برخی از این روشها عبارتند از:
• اندازهگیری پروفیل دانسیته
• آزمایش فركانس ایگن برای تعیین خواص الاستیكی مختلف تخته
• اندازهگیری زمان انتشار صوت در حالت موازی و عمودی بر صفحه تخته جهت تعیین مقاومت خمشی (MOR)، مدول یانگ (MOE) و چسبندگی داخلی (IB).
• تحلیل نوسان صوتی برای شناسائی عیب ورقه ورقه شدن
• تحلیل نوسان و فركانس صوتی برای تعیین IB
تنها روش صنعتی كه با مقیاس بزرگ در یك خط كاربردی استفاده میشود، شناسائی عیب ورقه ورقه شدن بدون تماس با فراصوتی (بعنوان مثال توسط Grecon) است.
2-4-1- تحلیل فركانس ایگن
اجسام الاستیك را میتوان با دو روش به ارتعاش درآورد:
• توسط نیروهای مداوم بیرونی كه باعث ارتعاش میشوند، كه اطلاعات با كمك واكنشهای مختلف با فركانسهای متفاوت جمعآوری میشوند. فركانس طبیعی نمونه فركانسی است معادل فركانس نیروی مداوم وارده به تخته است كه سبب ایجاد تشدید میگردد.
از یك تكانه تكی، ارتعاشات آزاد در جسم ایجاد میشود. این ارتعاشات فركانسهای ایگن جسم را دارند. این ارتعاشات هر دو برپایه یك روش ارتعاشی هم اندازه روشهای با ارتعاش بیشتر هستند. روشهای ارتعاش بیشتر در مقایسه با روش پایه بدلیل اصطكاك درونی مواد سریعتر نزول مییابند كه احتمالاً آنرا به لحاظ كارآئی یك روش اساسی میكند.
روشهای مختلف دستیابی به ویژگیهای الاستیك یك ماده با استفاده از فركانس ایگن وجود دارند. این روشها در سه نقطه فرق دارند (استاندارد ASTM - 1259 - [2]C):
• استقرار تكیهگاه
• استقرار نقطه محرك
• انتخاب نقطه برداشت سیگنال
استقرار تكیهگاه: تكیهگاهها در نقاط گرهدار ارتعاش دلخواه مستقر میشوند.
استقرار نقطه محرك: نقطه محرك در یك نقطه خطی برای روش ارتعاش دلخواه انتخاب میشود.
انتخاب نقطه برداشت سیگنال: دریافتكننده سیگنال در جائی مستقر میشود كه روش ارتعاش به سادهترین شكل اندازهگیری میگردد. وقتی كه یك روش تماسی استفاده میشود، بایستی به یك گره ارتعاشی نزدیك باشد بطوریكه نمونه آزمایشی با سوزن سیگنال كه بر فركانس خاص اثر میگذارد بارگذاری نمیگردد. این روشهای مختلف قادر به اندازهگیری (مدول) دینامیك یانگ، مدول دینامیك شكست و ضریب پوآسون در صفحات مختلف نمونههای آزمانش میباشد.
دو روش اصلی برای آزمایش فركانس ایگن و ویژگیهای الاستیك عبارتند از:
• اندازهگیری فركانس طبیعی در یك تخته تحت كنترل (یك سر آزاد)
• اندازهگیری فركانس ایگن نمونه آزاد در تكیهگاه كه در گرههای ارتعاش قرار میگیرند.
این كار مربوط به فركانس ایگن نمونههای آزاد برای خمش درونی و برونی صفحه میشود. این روش برای آزمایش دینامیك مدول یانگ در چوب توسط Gorlacher [s] بكار رفته است. او دریافت كه این روش با دقت كافی برای نمونههائی با ضریب اثر ارتفاع بیشتر از 15 باشد، شدت برش برای معایب خمش تدریجی نادیده گرفته میشود.
Niemz و Kucera و [18] Bernatowicz این روش را برای ارزیابی غیرمخرب خواص الاستیك در MDF استفاده كردهاند. آنها ارتباط بین مدول دینامیك یانگ با روش فركانس خاص و مدول استاتیك یانگ را با آزمایشات DIN با R2 = 0.48 گزارش كردند. اندازهگیریهای فركانس ایگن برای ارائه مدول یانگ 15 تا 20 درصد بیشتر از مقادیر حاصل از آزمایشات DIN گزارش شدند. این تفاوت به علت پروفیل دانسیته در تخته خرده چوب فرض شده است، زیرا این تئوری در اصل برای مواد هموژن بكار میرود.
3-4-1- روش فراصوتی موازی با صفحه تخته
فراصوتی كه از یك منبع پخش میشود، سرعتی دارد كه مربوط به دانسیته متوسط است. از آنجائی كه دانسیته تأثیر خیلی زیادی بر مقاومت خمشی و مدول یانگ دارد، این سرعت را میتوان برای تعیین این ویژگیها بكار برد. مدول الاستیسیته دینامیك با فرمولهای رایج برای مواد ایزوتروپیك محاسبه میشود. (Krautkramer [13])
(رابطه 1)
(مگاپاسكال) مدول دینامیك یانگ MOEdyn =
(گرم بر سانتیمتر مكعب) دانسیته
سرعت صوت V =
ضریب پوآسون =
و چون ضریب پوآسون محاسبهاش مشكل است،رابطه مذكور بصورت زیر بكار میرود.
(رابطه 2)
اكثراً تحقیق برای تعیین IB با سرعت صوت بروی سطح عمودی تخته انجام شده است. برای حالت موازی با تخته، Niemz و Poblete [17] نشان دادهاند كه رابطه مناسب (R2 = 0.55). بین مقاومت خمشی و سرعت صوت به همان شكل رابطه بین سرعت صوت و مدول یانگ (R2 = 0.24) است. این روش چندان در صنعت استفاده نشده است. از آنجائی كه سرعت صوت با افزایش دانسیته زیاد میشود، وضعیت ترانسدیوسر (مبدلها) در تخته خرده چوب با دانسیته مشخص مهم است. بدلیل رطوبت زیاد در تخته خرده چوب و فواصل طولانیتر كه رطوبت به تخته نفوذ میكند، اكثراً از اندازهگیری انتقالی (ناقل و دریافتكننده در سمتهای مقابل مورد آزمایش مستقرند) استفاده میشود ([12]Plinke, Greuble).
به علت رطوبت زیاد، صوت در تخته خرده چوب با یك فركانس كمتر در حد 20 تا 100 كیلوهرتز در مقایسه با كاربردهای معمول برای مواد ایزوتروپیك و هموژن (5/0 تا 10 مگاهرتز) استفاده میشود. (Krautkramer [13], Greuble, Plinke [12])
4-4-1- روش فراصوت عمود بر صفحه تخته
هنگام استفاده از سرعت فراصوتی در حالت عمود بر صفحه تخته برای تعیین مقاومت چسبندگی داخلی، باید به پروفیل دانسیته توجه گردد. از آنجائیكه زمان پراكنش صدا محاسبه میشود، سرعت صوت انتگرال زمان پراكنش صدا در لایههای مختلف تخته است. هنگامی كه دانسیته كاهش مییابد، سرعت صوت نیز كاهش مییابد و پالس صدا زمان بیشتری برای عبور از لایه را نیاز دارد. این مسئله بدین مفهوم است كه دانسیته كم لایه میانی منوط به قسمت اعظم زمان عبور امواج صوتی (شكل 1) است. به همین علت است كه لایه میانی بیشترین اثر را بر وی زمان پراكنش صوتی دارد. از همین روی امكان تعیین چسبندگی داخلی با روش فراصوتی ناشی میشود.
در شكل 1 یك پروفیل دانسیته بصورت نمونه نشان داده میشود.
شكل 1- پروفیل دانسیته بر صفحه تخته زمان پراكنش صدا برای هر لایه در تخته
Plinke و [12] Greuble مقالهای تهیه كردهاند كه برای تعیین مقاومت چسبندگی داخلی چندین مرتبه از آن استفاده نمودهاند. متغیرهای مورد استفاده حداقل دانسیته از مقادیر پروفیل دانسیته در 4 درصد فاصله از لایه میانی به همراه روش سرعت صوت عمود بر صفحه تخته بودند. این روش نتایج خیلی خوبی را از IB با یك دامنه واریانس از R2 = 0.53 تا R2 = 0.98 ارائه داد.
در مقالهای دیگر، Kruse، Broker و [15] Fruhwald روش صوتی با تماس آزاد به عنوان یك تفاوت برای تماس اندازهگیری سرعت صوت را محاسبه كردند. آنها دریافتند كه این روش با استفاده از فركانس و تحلیل كیفیت امواج صوتی مشخص، با عبور از صفحه تخته، یك مقدار مشخص از چسبندگی داخلی در تخته خرده چوب با ضخامت 34 میلیمتر را ارائه میدهد این مقدار مشخص برای مدلهای مورد استفاده برای مقادیر متوسط هر نمونه با R2 = 0.90 (تختههای سمباده خورده) و R2 = 0.74 (تختههای سمباده نخورده) یك واریانس مشخص را نمایان كرد.
2- مواد و روشها
1-2- مواد
در این مطالعه، تخته خردههای سه لایه با ضخامت 18 و 19 میلیمتر آزمایش شدند. این تختهها تمامشان توسط یك تولیدكننده تهیه شده و در یك كارخانه اندازهگیری شند. تختههای آزمایش شده عموماً مورد استفاده در صنایع مبلمان بودند. تختههای مورد آزمایش پارامترهای زیر را داشتند:
خردههای چوب: با آسیاب چكشی و 100% سوزنی برگ
لایه سطحی (35%): 100% خردههای رنده / خردههای چوب بری / خاكه سمباده زنی
لایه میانی (65%): تكه تختهها 40 تا 50%
خرده چوب 20%
خردههای رنده كاری و چوببری 20%
چوب ماسیو 10%
چسب: اوره فرمالدئید، تولید شده در كارخانه
میزان چسب: در لایه میانی 8 تا 5/8%
در لایه سطحی 12 تا 5/12%
دانسیته (مقدار نهائی): 682 كیلوگرم بر مترمكعب
زمان پرس / دمای پرس: 280 ثانیه / 185 درجه سانتیگراد
2-2- طراحی آزمایش
از آنجائی كه فقط كیفیت یك تخته از تولید منظم در كارخانه مورد مطالعه قرار گرفت، رسیدن به حداكثر واریانس ممكن در ویژگیهای تخته با تولیدی معمولی اهمیت خاصی داشت. برای دستیابی به این فرم، برخی از وقایع در خط تولید مورد توجه واقع شدند. این موارد از طریق كاركنان متخصص در كارخانه تهیه شدند كه عبارت بودند از:
• تختهها در طبقات پائینتر پرس در مقایسه با تختههای طبقات فوقانی بدلیل عدم یكنواختی فشار در طبقات مذكور، نازكتر شدند.
• پرس غیریكنواخت، تختههائی (تراكم كم) در یك طرف صفحه پرس تولید كرد.
با توجه به معیار واریانس دانسیته كل تخته در تولید این مدل، نمونهها متناوباً از طبقات بالا و پائین پرس برداشته شدند. از آنجائیكه دانسیته تختهها نیز فرق داشت، نمونههای آزمایش خمشی از قسمتهای مختلف تخته مطابق طراحی آزمایش مشروح در جدول ضمیمه 1، برداشته شدند.
3-2- روش آزمایش
تختههای مورد آزمایش، مستقیماً پس از سرد شدن از تخته اولیه بریده شدند كه از روی نمونههای كنترل كیفیت معمولاً بریده میشوند. روش آزمایش و مراحل اصلی آن ذیلاً آورده شده است:
در ابتدا لبههای تخته اندازهبری شدند و چهار قطعه تخته با پهنای 50 میلیمتر از تخته، عمود بر جهت تولید برده شدند. این قطعات در یك testrob (یك دستگاه آزمایش سریع)، دو نمونه قبل از متعادلسازی و دو نمونه بعد از متعادلسازی آزمایش شدند. ویژگیهای مورد آزمایش دانسیته، مقاومت خمشی و مقاومت چسبندگی داخلی بودند.
قسمت باقیمانده تخته آزمایشی 50 Cm)×137) با استفاده از روش فراصوتی در هر دو جهت موازی با صفحه تخته و فركانس ایگن طولی عمود بر جهت تولید، موازی با صفحه تخته آنچنانكه در جدول ضمیمه 6 مشروح است، آزمایش شدند. دما، دانسیته و اندازههای تخته نیز برآورده شدند. چون ویژگیهای الاستیك برای هر جهت فرق دارد، تخته به نمونههای آزمایشی در جهت عمودی تخته بریده شد. نمونههای آزمایشی هم برای قبل از متعادلسازی و هم برای بعد از متعادلسازی با استفاده از روشهای غیرمخرب آزمایش شدند.
نهایتاً هر نمونه با استاندارد DIN – EN با ارائه مقادیر مرجع برای ویژگیهای اندازهگیری شده آزمایش شدند و رطوبت نسبی هر نمونه مشخص شد. برنامه كامل آزمایش را میتوان در جدول ضمیمه 7 مشاهده كرد. نمونهها برای آزمایشات متنوع به ابعاد اصلی مورد آزمایش مطابق با الگوی برش كه در شكل 2 نشان داده شده، بریده شدند.
شكل 2
قسمتهای نشانهگذاری شده 1، 2، 3 برای تیرهای خمشی استفاده شدند. هشت نمونه برای آزمایش خمش از سه قسمت، یك قسمت برای هر جهت، در جهت عمود بر جهت تولید بریده شدند. شرایط آزمایش تختهها مطابق برنامه آزمایش (جدول ضمیمه 1) تفاوت داشتند.
4-2- مدلسازی PLS و تحلیل دادهها
تحلیل PLS یك ابزار نسبتاً جدید برای مدلهای چندتائی و سنجشی است. براساس یادآوری، این روش از یك كتاب در این زمینه توسط Naes[22] و Martens، SIMCA [23] كاربرد دستی، و یك پایاننامه (Andresson [27]) ناشی میشود. برای مقالات مربوط به این تئوری و كاربرد تحلیل PLS، خوانندگان ممكن است كه كارهای موارد [24] و [25] و خصوصاً [26] را بیابند.
1-4-2- روش PLS
برای مدلهای چندمنظوره، روش PLS (Partial Least Square) استفاده شده است. PLS یك روش دوخطی نزولی است. تحلیل PLS را میتوان برای تحلیل بسیاری از متغیرهای همزمان بكار برد. یكی از مزایای PLS این است كه میتواند صدای مزاحم (اطلاعات نامفهوم) را از اطلاعات مشخص مجزا كند. همچنین PLS میتواند رابطه بین عوامل قابل تغییر در مدل را نمایان سازد.
قبل از تحلیل PLS، یك PCA (تحلیل اصولی ذره) نیز اغلب انجام میشود. در PCA اجزاء اصلی غیرمربوط (عوامل غالب) به عنوان تركیبات خطی اطلاعات اصلی كنترل میشوند. اجزاء اصلی با مرتب كردن متغیرهای اصلی بروی محورهای اورتوگونال در یك فضای چندبعدی یافت میشوند. در دستهای از نقاطی كه بدست میآیند، اولین جزء اصلی به جهت غالب دسته (گروه) وصل میشود. جزء اصلی بعدی با جهت غالب دوم، اورتوگونال به اول، مشاركت دارد. این روند برای بقیه اجزاء اصلی تكرار میشود. با كنترل اجزاء اصیل روی یك صفحه دوبعدی، در یك «پلات با پراكندگی فراوان» یك مای گرافیكی از اطلاعات مرتب كاربردی بدست میآید، گروهها و سایر اطلاعات مهم را میتوان به آسانی مشخص كرد.
در تحلیل PLS، فاكتورها (X) از پاسخها (Y) جدا میشوند. جزئیات اصلی برای هر دو مورد محاسبه میشوند و سپس برای دستیابی به بهترین مدل به هم وصل میشوند. مدلها میتوانند حاوی یك یا چند پاسخ (y) باشند. مدلها در شكل y = c + a.x1 + b.x2 + … با یك پاسخ، در این مطالعه هستند.
ارزیابی یك مدل PLS در میان واریانس معنیدار (R2) نشان داده میشود كه مقدار تغییر در ترتیب اطلاعات را كه مدل توضیح میدهد، نشان میدهد. R2 = 0 بدین مفهوم است كه هیچ واریانسی توسط مدل توضیح داده نمیشود و R 2 = 1 هم واریانس ورودی توسط مدل را بیان میكند. این واریانس میتواند شامل اطلاعات مفیدی نظیر صداهای مزاحم باشد. صدای مزاحم اطلاعات نامفهومی است كه بدین معنا است كه یك مدل با R2 = 1 ممكن نیست. كه بهترین باشد زیرا میتوانست مدلی با صدای مزاحم باشد. برای مشخص كردن اینكه صدای مزاحم چیست و چه اطلاعات مفیدی دارد، مجذور عدد معین (Q2) در مدل استفاده میشود. این یك سنجش قابلیت مدل برای تعیین مقادیر y برای مشاهدات جدید است و شامل مراحل ساخت مدل نیست. Q2 با استفاده از ارزیابی عرضی (SIMCA [23] دستی) محاسبه میشود.
3- روشهای آزمایش – تئوری و كاربردی
روشهای آزمایش DIN-EN مورد استفاده در این مطالعه به عنوان مراجعی برای آزمایشات جهت تعیین ویژگیهای مورد تقاضا هستند. به عبارت دیگر، اینكه مقاومت خمشی واقعی تخته با بارگذاری آن تا هنگام وقوع شكست اندازهگیری میشود و بنابراین برای تمام ویژگیها هم به همین شكل است. روشهای غیرمخرب نیز از طرف دیگر روشهای غیرمستقیم هستند. بدین معنی كه یك یا چند ویژگی كه با ویژگی موردنظر مرتبطاند با تعیین ویژگی مطلوب تخته اندازهگیری و استفاده میشوند.
1-3- روش آزمون DIN-EN
رایجترین روشهای مورد استفاده برای تعیین خواص تخته خرده چوب روشهای مخرب هستند این روشها در استانداردهای اروپائی (EN) تعریف میشوند و به عنوان اعداد مرجع برای خواص تخته بكار میروند. از نمونه استانداردهای مورد استفاده در این مطالعه عبارتند از:
• تعیین مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته در حالت استاتیك
• مقاومت چسبندگی داخلی
• رطوبت نسبی
• دانسیه DIN-EN 310
DIN-EN 319
DIN-EN 322
DIN-EN 323
1-1-3- تعیین مدول الاستیسیته در خمش و مقاومت خمشی با استاندارد DIN-EN 310
مقاومت خمشی و مدول یانگ در حالت استاتیك با یك آزمون خمش استاتیك سه نقطهای تعیین میشوند. مقادیر بدست آمده برای مدول یانگ واضح است و چون آزمایش نیز شامل تنشهای شكست است، مدول واقعی نیست. نمونههای مورد آزمایش اندازههای زیر را دارند: طول (L): mm450، پهنا (b): mm50، ضخامت (t): mm20 (mm19 تخته سمباده نخورده)، پهنای بین دو تكیهگاه (پایه mm400 (t×20) است.
در این آزمایش انحراف با دقت 01/0 میلیمتر اندازهگیری میشود. مدول الاستیسیته دوبار اندازهگیری شد و نمونه آزمایشی برای آزمون دوم دوباره برگردانده شد، بطوریكه با هر دو سطح این كمیت اندازهگیری شد. این كار باعث شد كه مقدار متوسط برای هر دو جهت و كاهش اختلاف مقاومت بدلیل ناهماهنگی در ساخت بین دو سطح تخته بدست آید. برای نیمی از نمونهها و مقاومت خمشی در دستگاه آزمایشگر با سمت شكلگیری كیك آزمایش شد. بقیه نمونهها با سطح غیرمتمركز رویه بدلیل فوقالذكر آزمایش شدند.
2-1-3- تعیین مقاومت كششی عمود بر صفحه با استاندارد DIN-EN- 319
آزمایشات چسبندگی داخلی بر روی یازده نمونه 50mm)×(50 از هر تخته كه به طور یكنواخت بر روی پهنای تخته توزیع شده بودند انجام گرفت. نمونههای آزمایشی به سطوح نگهدارنده فولادی با چسبهای گرما نرم (hot – melt) چسبانده شدند.
نمونههای قبل از آزمایش بدلیل داشتن سطوح زبر سنباده زنی شدند. این عمل با یك سنباده كوچك با دست انجام شد.
3-1-3- تعیین رطوبت نسی با استانداد DIN-EN – 322 و تعیین دانسیته با استاندارد DIN-EN – 323
دانسیته و رطوبت نسبی با یازده نمونه از هر تخته (mm50×50) با توزیع یكنواخت در پهنا تعیین شدند. این عمل برای دستیابی به پروفیل دانسیته بود. مقادیر بدست آمده برای نمونهها مطابق استاندارد بود. این آزمایشات كه توسط استانداردهای فوقالذكر كنترل میشد نیز برای هر نمونه از هر تخته میزان رطوبت نسبی در نمونههای آزمایشی چسبندگی داخلی نیز آزمایش شد.
2-3- سرعت صوت
اگر مقادیر اندازهگیری شده و دانسیته یك قطعه هموژن مشخص باشد، مدول دینامیك الاستیسیته را میتوان از طریق زمان پراكنش جدا با عبور هر موج صوتی محاسبه كرد.
این كار با استفاده از فرمول ساده شده زیر: (Krautkramer [13]) انجام میشود:
(رابطه 2)
(مگا پاسكال) مدول دینامیك الاستیسیته : MOE
(كیلوگرم بر مترمكعب) دانسیته :
(متر بر ثانیه) سرعت صوت : V
از آنجائیكه تخته خرده چوب و خصوصاً تخته خرده چوب چندلائی یك ماده همگن به دلیل پروفیل دانسیته مشخص عمود بر سطح تخته نیست، این فرمول فقط یك برآورد تقریبی را محاسبه میكند.
سرعت صوت با استفاده از یك زمانسنج پراكنش صوتی PB5) از (Steinkamp با استفاده از زمان پراكنش و طول نمونه مشخص شد. سرعت صوت موازی با صفحه تخته اندازهگیری شد. فركانس مورد استفاده 50 كیلوهرتز از یك منبع صوتی بود. در هنگام اندازهگیری هیچ عامل دوتائی استفاده نشد.
در آزمایش چسبندگی داخلی، سرعت صوت عمود بر صفحه تخته اندازهگیری شد (شكل 3) این كار با توجه به جدول ضمیمه 6 برای هر نمونه در 5 نقطه انجام شد و مقدار متوسط این پنج نمونه اندازهگیری شده در محاسبه استفاده شد. سرعت صوت نیز بعد از سمبادهزنی (در یك نقطه) برای 8 تا 25 تخته اندازهگیری شد.
شكل 3- جهات آزمایش فراصوت
3-3- این روش آزمایشی فركانس پایه ایگن برای یك نمونه آزمایشی با شكل هندسی مناسب با یك دستگاه تشدیدكننده صوتی (یك چكش كوچك) را اندازه میگیرد. یك سوزن پیزوالكتریك (یا یك میكروفون) فشرده شده در نمونه آزمایشی باعث ایجاد ارتعاش مكانیكی در نمونه شده و آن را به سیگنالهای الكتریكی تبدیل میكند. نقطههای گیره و یا پایههای نمونه آزمایشی محل شدت جریان، و نقاط سیگنال برای ایجاد و اندازهگیری حالتهای خاص ارتعاشی انتقالی انتخاب میشوند. این سیگنالها تحلیل میشوند و فركانس ایگن پایه توسط تحلیلگر سیگنال اندازهگیری میشود و نتیجه به روی یك صفحه نشان داده میشوند. فركانس ایگن، ابعاد نمونه، جرم برای اندازهگیری مدول دینامیك یانگ، مدول دینامیك شكست، و ضریب پوآسون استفاده میشوند. در این تحقیق مدول دینامیك یانگ برای ارتعاشات خمشی با استفاده از فرمول زیر (Gorlacher [5]) بدون محاسبه شدت شكست محاسبه شد. (این فرمول برای فاصله پایه و ضریب ضخامتی نمونه آزمایشی در مقایسه با استاندارد EN – 310 معتبر است).
(رابطه 3)
(مگاپاسكال) مدول دینامیك یانگ : MOEEF/dyn
طول نمونه (میلیمتر) : L
(گرم بر سانتیمتر مكعب) دانسیته:
(S-1) فركانس : f
شعاع داخلی (mm) : i
ارتفاع نمونه برحسب میلیمتر :h
برای ارتعاش خمشی از مقادیر ثابت زیر استفاده میشود (GorLacher [5]):
K1 = 49.8
نمونههای آزمایشی همانطور كه در شكل 4 نشان داده شده قرار گرفتند. فركانس ایگن با یك گره از روی نمونهای با سوزن پیزوالكتریك اندازهگیری شد. دستگاه مورد استفاده برای اندازهگیری فركانس ایگن «گریندوسونیك MK5 صنعتی» از J.W.Lemmens GmbH بود. فركانس ایگن برای هر دو حالت عمود بر تخته محاسبه شد. (شكل 4)
پهنای تكیهگاه مطابق نتایج GorLacher [s]، L × 552/0 بود. برای انجام آزمایش بروی تختههای بزرگ، فركانس ایگن برای ارتعاش طولی مورد مطالعه قرار گرفت. این كار براساس اینكه فركانس ایگن در مرحله اول برای اندازهگیری فركانس ساده و دقیق با این دستگاه برای نمونه آزمایشی بزرگ، كم و پائین است، ساخته شد. برای ارتعاش طولی در صفحه، مدول دینامیك یانگ مطابق فرمول زیر [Spinner, Thefft[9], Leban, Haines, Hene [6] محاسبه میشود:
(رابطه 4)
(مگا پاسكال) مدول دینامیك یانگ : MOEdyn
(میلیمتر) طول نمونه :L
(كیلوگرم بر سانتیمترمكعب) دانسیته :
(معكوس ثانیه) فركانس : f
در این حالت نمونه بروی یك تكیهگاه كه در زیر تخته قرار دارد، مستقر شد و تا اندازهای در وسط یك رویه تخته ضربهای وارد شد. فركانس در سمت دیگر با استفاده از یك سوزن پیزوالكتریك اندازهگیری شد. ترتیب آزمایش در جدول ضمیمه 6 نشان داده میشود.
4-3- ماشین آزمایش سریع - Testrob
دستگاه Testrob، توسط Schenk، یك دستگاه برای آزمایش سریع ویژگیهای مكانیكی تختههای چوبی است. این دستگاه بطور اتوماتیك آزمایشات مخرب را بروی تخته با پهنای 50 میلیمتر انجام میدهد. با این مدل میتوان دانسیته، مقاومت خمشی، مقاومت برش و چسبندگی داخلی (مقدار محاسبه شده از مقاومت برش) را برای یك تخته تعیین كرد.
انجام آزمایش با Testrob معمولاً نیم ساعت پس از تولید نمونه آزمایشی انجام میشود، به طوری كه در این زمان نمونه سرد خواهد بود. این زمان بعد از سفت شدن چسب لازم برای كاهش تأثیر دما در اندازهگیری است. زما كل آزمایش با شش نمونه در هر تخته و هر ویژگی در حدود 40 دقیقه است. اندازهگیریها بطور پیوسته با یك كامپیوتر شخصی به عنوان كنترل آزمایش مهیا میشوند. نهایتاً نتایج آماری برای هر مورد بدست میآیند. اولین آزمایش با دستگاه Testrob تقریباً یك ساعت بعد از اینكه تخته از خط تولید گذشت انجام میشود. دو تكه با پهنای 50 میلیمتر آزمایش شدند، یكی برای مقاومت خمشی و دیگری برای دانسیته و مقاومت برش و چسبندگی داخلی طول نمونههای آزمایش 1700 میلیمتر بود كه 5 تا 6 نمونه برای خمش و 8 تا 9 نمونه برای دانسیته / IB آزمایش شدند. دومین مرحله آزمایش بعد از متعادلسازی، بطور همزمان با دیگر آزمایشات بروی نمونهها از همان تخته بود.
4- نتایج و تحلیل و بررسی
تمام مشخصات MOR و MOE به مقادیر متوسط هر دو جهت موازی و عمود بر جهت تولید مربوط هستند البته وقتی كه چیزی دیگر آزمایش نشود. «بازگشتهای خطی جهتدار» مورد استفاده برای تعیین مقادیر MOR و MOE روشهای یك متغیری صحیح نیستند، زیرا MOE دینامیك برای روشهای آزمایشی مذكور از بیش از یك متغیر محاسبه میشود. اطلاعات موجود مقادیر اندازهگیری شده فیزیكی و دانسیته هستند كه میتوان آنها را برای هر تكه آزمایشی در یك محصول معمولی تعیین كرد.
1-4- تعیین چسبندگی داخلی
چسبندگی داخلی با استفاده از سرعت صوت در جهت عمود بر صفحه تخته اندازهگیری شده است. مدلهای چندمنظوره نیز برای بیان تغییرات IB مربوط به دانسیته و متغیرها لازم میباشند.
1-1-4- تعیین با مدلهای خطی
تعیین مقدار چسبندگی داخلی با استفاده از سرعت صوت با رابطه خطی ساده (y =A0+A1.x) نتایج بسیار ضعیفی را ارائه میكند. اگر هر تكه مورد سنجش در این رابطه استفاده شود، بهترین نتیجه با استفاده از سرعت صوت محاسبه شده برای نمونههای سمباده زده شده بدست میآید كه یك واریانس مشخص R2 = 0.30 ارائه میدهد. اگر مقادیر متوسط از تمام اندازهگیریها بر یك تخته تكی برای این رابطه استفاده شوند، نتایج عددی بهتر میگردند. بهترین نتیجه با تختههای سمباده خورده كه واریانس R2 = 0.64 دارند، بدست میآید. این مدل بر پایه 17 تخته است.
شكل 5- بهترین مدل یك متغیری برای تعیین چسبندگی داخلی تختههای سمباده خورده
تختههای سمباده نخورده یك مدل با واریانس R2 = 0.47 ارائه میدهند. در این حالت مدل از 24 تخته ساخته میشود.
شكل 6- بهترین مدل یك متغیری برای تعیین چسبندگی داخلی تختههای سمباده نخورده
نتایج ذیلاً در جدول 1 آمده است.
جدول 1- (روابط خطی معمولی) برای تعیین مقاومت چسبندگی داخلی
دانسیته نیز با مدل IB بكار برده شده است، اما با موفقیت كمتر (نتایج در جدول ضمیمه 2)
2-1-4- تعیین چسبندگی داخلی با مدلهای چندمنظوره
با یك مدل چندمنظوره برای نمونههای سمباده نخورده، تختههائی با IB < 0.42 Mpa را میتوان خارج كرد. مدل با استفاده از ویژگیهای سنجشی از هر نمونه آزمایش در هر تخته به عنوان یك متغیر ساخته شده است. به همین خاطر است كه سرعتها و دانسیتهها برای كلیه نمونههای آزمایشی i در یك تخته به عنوان متغیرها استفاده شدهاند. متغیرها Vsandi در این مدل بكار نرفتند. نتایج معین مدل در شكل 7 نمایان است.
شكل 7- تعیین چسبندگی داخلی تختههای سمباده نخورده با سرعت صوت و متغیرهای دانسیته
این مدل را میتوان با نمونههائی كه IB كمتر از 0.42 مگاپاسكال دارند طبقهبندی كرد. اثبات درستی این مدل، اندازهگیری تعدادی از تختهها با تشكیل یك آزمایش مرتب از بین برده شد. سپس یك مدل از بقیه مشاهدات ساخته شد. این مدل برای تعیین نتایج در آزمایش استفاده شدند. نتایج این آزمایش (IB مشاهده شده در مقابل IB تعیین شده) در شكل 8 نشان داده میشوند...
برای دریافت اینجا کلیک کنید
تعداد کل پیام ها : 0