الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 48000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۲۵
کد مقاله
TXT25
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
سنجش آرایش یافتگی الیاف در کامپوزیت‌های الیاف شیشه‌ای کوتاه
نام انگلیسی
Fibre-orientation measurements in short-glass-fiber composites
Fibre-orientation measurements- short glass fibre composites
مرجع به فارسی
دپارتمان فیزیک و نجوم- دانشگاه Leeds – انگلستان
الزویر
مرجع به انگلیسی
Department of Physics and Astronomy- University of Leeds- UK
Elsevier
کشور
انگلستان
سنجش آرایش یافتگی الیاف
در کامپوزیت‌های الیاف شیشه‌ای کوتاه
قسمت اول: سنجش خودکار، با قدرت تفکیک بالای زاویه‌ای توسط میکروسکوپ هم کانون
چکیده
در این مقاله نخست، تکنیک هم کانونی برای سنجش توزیع آرایش یافتگی الیاف شرح داده شده است و خطاهای مربوط به جزئیات مورد بحث قرار گرفته‌اند. با این تکنیک، الیاف در فواصل کوتاهی درون حجم نمونه قرار گرفته و بر این اساس توصیف کامل تانسور توزیع آرایش یافتگی الیاف را امکانپذیر می‌سازند. پردازش تصویر جدید به منظور کسب خودکار اطلاعات به کار گرفته شده‌اند و در نهایت سطوح مشخص نمونه (چند میلیمتر مربع) در عرض یک ساعت قابل آنالیز و تجزیه و تحلیل می‌شوند. در مقاله بعدی سنجش‌های آرایش یافتگی لیف از تکنیک هم کانونی برای ارزیابی مستقل خطاها درون تکنیک پردازش تصویر استاندارد دو بعدی سنجش آرایش یافتگی لیف استفاده خواهند شد.
الیاف شیشه‌ای کوتاه آرایش یافتگی
۱- مقدمه
ترموپلاستیک‌های تقویت شده با الیاف کوتاه (SFRT) به سرعت در حال جایگزین شدن با مواد رایج و سنتی در کاربردهای وسیع هستند. خواص مکانیکی و کارآیی SFRT به خوبی کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف بلند نیست. اما آنها دارای مزایایی همچون قیمت ارزان و راحتی تولید بواسطه قالبگیری تزریقی می‌باشند.
خواصSFRT، به مقدار زیاد وابسته به آرایش یافتگی الیاف تقویت کننده است و بنابر این در حین تولید نیاز به وجود ابزار کنترل توزیع آرایش یافتگی لیف (FOD) احساس می‌شود. جریان کامپوزیت پلیمری مذاب در حین پر کردن قالب منجر به تولید ناحیه‌هایی می‌شود که تحت نفوذ مکانیزم‌های متفاوت جریان می‌باشند. در نواحی جریان‌های برشی الیاف تمایل به جهت گیری در راستای جریان را دارند در حالیکه در نواحی که غالباً جریان کششی وجود دارد، الیاف متمایل به جهت‌گیری در راستای کشش هستند (عمود بر جریان برای نرخ ازدیاد طول منفی و موازی با جریان برای نرخ ازدیاد طول مثبت). در نهایت اگر جریان کامپوزیت پلیمری قابل کنترل باشد تنظیم مسیر جریان ذکر شده تبدیل به یک ابزار عملی و ارزان برای کنترل FOD ترکیبات تکمیل شده می‌شود (۱).
…
الیاف شیشه‌ای کوتاه آرایش یافتگی
۲- معرفی آرایش یافتگی لیف
۱-۲٫ تابع توزیع آرایش یافتگی لیف
ممکن است آرایش یافتگی یک لیف واحد همانند شکل ۱ با دو زاویه معرفی شود. در کامپوزیت‌های SFRT میلیونها لیف وجود دارد، بنابر این تعیین آرایش یافتگی هر لیف تکی کاملاً غیر عملی است. حالت آرایش یافتگی در نقطه‌ای در داخل فضا می‌تواند توسط تابع و توزیع احتمال (PDF) () توضیح داده شود. احتمال اینکه لیف بین زوایای و آرایش یابد توسط عبارت ذیل بیان می‌شود:
۲-۲٫ تانسورهای آرایش یافتگی
تابع چگالی احتمال FOD در فرم کامل آن حاوی مقادیر قابل توجهی از اطلاعات است که هرگونه محاسبات عددی را بر اساس این محاسبات داده‌ها ممکن می‌سازد. در بعضی از کاربردها که یک توزیع ساده شده FOD وجود دارد، تابع چگالی ممکن است در عوض ساده سازی شود. به عنوان مثال در تعدادی از مولفه‌ها، FOD لزوماً سطحی است و باعث می‌شود که تابع چگالی احتمال با یک متغیر منفرد بیان شود همچون . گرچه در بسیاری از کاربردها امکان انجام چنین ساده سازی و جود ندارد.
توضیح تانسوری FOD یک سیستم تعیین مشخصات است که زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد (۱۰). این سیستم ارائه دهنده تشریخ خلاصه FOD میباشد که نیازی به فرضیه قبلی آرایش پذیری ساده شده دارد. علاوه براین، مرتبه تانسور یک راه آسان برای تغییر جزئیات توضیح FOD است.
الیاف شیشه‌ای کوتاه آرایش یافتگی
۳- سنجش آرایش یافتگی بوسیله پردازش تصویر دو بعدی
۱-۳٫ سطح مقطع الیاف
اغلب روش‌های معمول تعیین FOD شامل بررسی سطح مقطع‌های گرفته شده در نقاط از پیش تعیین شده در کامپوزیت‌های تکمیل شده میباشد. با آماده سازی دقیق نمونه، تضاد میان لیف و ماتریس افزایش می‌یابد و منجر به تولید تصویر باینری دقیق می‌شود. روش آماده سازی نمونه شامل سایش و پولیش دادن سطح با انواع ظریف پولیش می‌شود که در نهایت به منظور ایجاد زبری سطح، ماتریس اکسیده می‌شود (۱۱). زمانیکه نمونه آماده شده توسط میکرسکوپ نور انعکاسی دیده می‌شود، نواحی ماتریس ناهموار نور را پخش نموده، در حالیکه سطوح صاف شده و پولیش خورده الیاف اغلب نورها را منعکس می‌کنند. شکل ۳٫ سطح مقطع نمونه SFRT را نشان می‌دهد که بوسیله میکروسکوپ نوری انعکاسی دیده شده است.
۲-۳٫ سنجش استریولوژی
برای الیاف با طول محدود، احتمال اینکه لیف با صفحه قرار داده شده تصادفی متقاطع شود بعنوان تابعی از طول، L، قطر D و زاویه‌ای است که با صفحه پروفیل ساخته می‌شود، . از شکل ۵ با یک هندسه آسان می‌توان مشاهده کرد که احتمال این تقاطع یا تقسیم شدگی از رابطه زیر پیروی می‌کند (۱۲).
۳-۳٫ ابهام در آرایش یافتگی
از شکل ۷ آشکار است که ۲ پیکربندی آرایش یافتگی ممکن وجود دارد که منجر به تولید تصاویر مشابه سطح مقطع به صورت بیضوی می‌شود. این تاثیر منجر به ایجاد ابهام در آرایش یافتگی می‌شود و در این حالت الیاف با آرایش یافتگی‌های و قابل تمایز و تشخیص از یکدیگر نیستند. از معادله ۷ می‌توان مشاهده کرد ۴ مولفه تانسوری وارد توابع متقارن شده‌اند و بنابر این تحت تاثیر این ابهام قرار نمی‌گیرند. این در حالی است که دو مولفه باقیماندهa13 و a23 به صورت تعیین شده باقی می‌مانند. تعدادی از طرح‌های ممکن که به منظور مشخص کردن این ابهام ذاتی در این تکنیک برای سنجش FOD معرفی شده است بشرح ذیل است:
۱- اگر سه بخش عمود بر هم تجزیه و تحلیل شود، هر کدام یکی از مولفه‌های غیر قطری را تولید می‌کند و منجر به تولید تانسور کامل آرایش یافتگی می‌شود. این شیوه به وضوح بسیار زمانگیر است و دارای پیچیدگی برش نمونه به سه بخش در تقریبا یک نقطه میباشد.
…
الیاف شیشه‌ای کوتاه آرایش یافتگی
۴- سنجش آرایش یافتگی بوسیله میکروسکوپ هم کانون
۱-۴٫ کلیات
میکروسکوپ پیمایشی لیزری هم کانون (SCSM) یک پیشرفت نسبتاً جدید در میکروسکوپ نوری است (۱۷). این تکنیک مواد نیمه شفاف را قادر می‌سازد تا به صورت نوری و به شیوه غیر مخرب تقسیم بندی شوند. این تکنیک دارای موفقیت قابل توجه و بزرگی در علوم بیولوژی است (۱۸) که ناشی از آماده سازی آسان نمونه در مقایسه با میکروسکوپ‌های رایج است.
۲-۴٫ سنجش آرایش یافتگی
آرایش یافتگی یک لیف با دو روش موفق تعیین و بررسی شده است. صفحات بخش نوری CLSM از جابجایی مرکز لیف درمحورهای Z,Y,X به ترتیب محاسبه می‌شود. این جابجایی‌ها برداری را تشریح می‌کنند که موازی با لیف بوده و با نرمالیزه کردن می‌تواند در معادله (۶) برای محاسبه تانسور آرایش یافتگی مرتبه دوم استفاده شود. توجه کنید که چون عدم اطمینان بزرگی برای جهت الیاف وجود ندارد، یک توضیح کامل تانسوری قادر به شکل گیری است.
۳-۴٫ سنجش خودکار آرایش یافتگی
تکینک NORAN Odyssey تصاویر هم کانون نوری را که ممکن است در هر دوحالت انعکاسی و فلورسانسی حاصل شود، ارائه می‌کند. عملیات CLSM با PC گروهی کنترل می‌شود و اتوماسیون کاملی را ارائه می‌نماید. مرحله قبلی xyz که در موقعیت‌های محوری و صفحه‌ای نمونه حاصل می‌شد نیز توسط pc کنترل می‌شود. Pc دوم با اشتراک گذاشتن فضای صفحه‌ای مشابه عملیات پردازش تصویر را انجام می‌دهد. نرم افزار‌های معمول اجرا شده بر روی هر ماشین کاملاً به صورت خانگی نوشته شده‌اند.
۱-۳-۴٫ گرفتن تصویر
به منظور اندازه گیری و تعیین آرایش یافتگی الیاف در نواحی وسیع، تعداد قابل توجهی تصویر باید گرفته و پردازش شود. تصاویر باید دارای قدرت تفکیک بالا، عمق تصویر زیاد، چه در صفحه و چه بصورت محوری باشند. ثبت تقریبا کامل محوری بواسطه خواص تقسیم بندی نوری تکنیک هم کانون بدست آمد، در حالیکه این مورد در درون صفحه منوط بر دقت حرکات مرحله‌ای میباشد.
فرآیند تصویر برداری به صورت زیر خلاصه می‌شود:
(۱) اسکن کالیبراسیون، اسکن ردیابی افقی وسیع، ثبت وضعیت حرکت گریز از مرکز از تطابق زمینه‌ای تصاویر سطحی همپوشانی شده.
(۲) اسکن تصویر برداری (Image capture scan) : اسکن ردیابی افقی کالیبراسیون تکرار می‌شود. در هر وضعیت، تصویر سطحی همراه با یک سری تصاویر زیر سطحی آرشیو و نگهداری می‌شوند.
۲-۳-۴٫ آنالیز تصویر
فرآیند اتوماتیک تصویر برداری می‌تواند مقدار قابل توجهی از داده‌های خام تصویر را کسب کند. با گروه داده‌های کوچک، تصاویر ناحیه مجاور با متصل شدن به یکدیگر، تصاویر بهم پیوسته‌ای تولید گردیده، درحالیکه با داشتن گروه داده‌های بزرگ و حافظه زیاد مورد نیاز این روش غیر عملی می‌شود. به منظور روبرو شدن با این گروه داده‌های بزرگ تصویری، سیستم محافظت شده اصلاح تصویر اجرا و استفاده شده است. هر گاه یکی از تکنیک‌های پردازش تصویر به شدت پیکسل مشخص نیازمند باشد،درخواست بوسیله تابع اصلاح تصویر کنترل و بررسی می‌شود. این تابع تصاویر نگهداری شده را جستجو کرده و تصویری که پیکسل مربوط به آن است راشناسایی کرده و میزان شدت مطبوع پیکسل را ارسال می‌کند. چون تکنیک‌های پردازش تصویر تنها به تصاویر کوچکی در یک لحظه نیاز دارند، سیستم محافظ به نحو چشمگیری زمان پردازش، بواسطه حفظ و نگهداری آخرین تصاویر اصلاح شده از آرشیو در حافظه، را کاهش می‌دهد.
۴-۴٫ خطاهای اندازه گیری
دقت سنجش‌های FOD با استفاده از این تکنیک به مقدار زیادی وابسته به میزان دقت و درستی الگوریتم موقعیت مرکز لیف است. موقعیت نهایی و یا بهترین حدس مربوط به موقعیت مرکز لیف به مقدار زیادی وابسته به موقعیت اولیه و یا موقعیت مرکز لیف در این حدس است. تعداد تکرارهای این الگوریتم برای یک لیف یک منحنی پراکندگی (scatter plot) را عرضه می‌کند که درجه پراکندگی تخمینی از خطای تصادفی مربوط به موقعیت مرکز لیف را ارائه می‌کند. این فرآیند برای تعداد زیادی سطح مقطع تکرار شد. در این فرآیند تغییر مکان برای هر لیف به تعداد۱۰۰ بار از موقعیت اولیه تصادفی انتخاب شده در نصف قطر مرکز لیف محقق شد. شکل ۱۰(i) نشان دهنده ۵۰۰۰ نقطه پراکندگی برای مقاطع عرضی نزدیک به استوانه‌ای است، که بر این اساس میباشد جائیکه انحراف معیار این پراکندگی ۲۵/۰ میکرومتر خواهد بود.
الیاف شیشه‌ای کوتاه آرایش یافتگی
۵- نتایج تجربی
یک صفحه صاف با شیارهای عمود بر طول این صفحه که از کامپوزیت‌های نایلون تقویت شده با الیاف کوتاه شیشه ساخته شده بود، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نمونه به صورت عمود بر جهت جریان ومطابق با شکل k برش زده شد. بررسی دیداری از نمونه آشکار می‌کند که در تمام ضخامت FOD قسمت بالا و پایین شیار به صورت پیکربندی پوسته – هسته – پوسته است. با استفاده از سیستم مختصات در شکل ۱۲، و axx=1 است در نزدیک سطح، در حالیکه در ناحیه مرکزی (هسته) و azz=1 است به این معنا که FOD لزوماً با بصورت صفحه‌ای و مسطح است. ناحیه نشان داده شده در شکل ۱۲ با استفاده از تکنیک هم کانون تجزیه وتحلیل شد. اسکن متشکل از ۲×۵۲×۴۵ تصویر در مختصات xzy بود که میباشد و کل فرآیند اسکن برای جمع آوری تصاویر و پردازش آنها، تقریباً ۱۰ ساعت طول کشید. امکان جمع آوری بیشتر تصاویر درجهت محور z وجود دارد که همین امر موجب افزایش دقت اندازه گیری آرایش یافتگی می‌شود هر چند برای این نمونه خاص این روش برای به دست آوردن تانسور کامل آرایش یافتگی بر روی یک ناحیه بزرگ، مناسب است. تکرار شبیه سازی در بخش ۴-۴ شرح داده شده است. در این شکل میکرومتر و تنها ۲ قاب تصویر مورد نظر تخمین خطای موجود را به صورت برای تمام ها بیان می‌کنند.
الیاف شیشه‌ای کوتاه آرایش یافتگی
۶- نتایج
تکنیک هم کانون سنجش آرایش یافتگی الیاف به صورت کاملاً خودکار امکان اندازه گیری FOD نمونه، بر روی نواحی بزرگی، را در طی یک ساعت امکان پذیر ساخته است. خطای سنجش بواسطه تکنیک‌های شبیه سازی تعیین شده است و تخمین زده شده که دقت در صورتیکه الیاف در فاصله بالاتر از میکرومتر در تعدادی از فریم‌های تصویر ردیابی شوند، امکان پذیر خواهد بود. این خطا در صورتی که الیاف فقط در ۲ فریم جدا شده با میکرو متر ، واقع شده باشند تا افزایش می‌یابد. این محدودیت و تعداد فریم‌های جمع آوری شده منجر به سرعت بیشتر اسکن شده و امکان پوشش نواحی بزرگ در طی زمان معقول فراهم می‌شود.
اخیرا،ً فرآیندهای عددی گوناگون مورد نیاز برای شبیه سازی قالبگیری تزریقی کامپوزیت‌های SFRT به این معنی هستند که اهمیت کار به هندسه اجزاء ساده سازی شده همچون پلاک‌های مسطح و یا دیسک‌ها محدود می‌شود و با تکنیک پردازش تصویر دو بعدی داده‌های کافی برای تحقیق تجربی این شبیه سازیها فراهم می‌شود. هر چند با افزایش توان پردازش کامپیوترها و افزایش اصلاح و تکنیک‌های پردازش عددی، امکان شبیه سازی کامپوزیت‌های با هندسه غیر متقارن، فراهم می‌شود. بطور آشکار، سنجش تجربی تانسور کامل آرایش یافتگی داده‌های مناسبی را برای اثبات این مساله که تکنیک هم کانون انتخاب مناسبی برای مطالعه آرایش یافتگی الیاف در آینده است را فراهم می‌کند.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
