विस्तारण

संपीड़न भार के अनुसार कार्बन फाइबर-प्रबलित बहुतय का विस्तारण

विस्तारण का एक तरीका है जहां सामग्री परतों में विभाजन होती है। कम्पोजिट पदार्थ^[1] और कंक्रीट सहित विभिन्न प्रकार की सामग्रियां विस्तारण के कारण विफल हो सकती हैं। प्रसंस्करण से सामग्रियों में परतें बनाई जा सकती हैं जैसे ढ़लाई (धातुकर्म) द्वारा निर्मित इस्पात^[2]^[3] और 3 डी प्रिंटिग से प्लास्टिक और धातुएँ^[4]^[5] जो परत पृथक्करण से विफल हो सकता है। इसके अतिरिक्त, पेंट और फिल्म जैसी सतह लेपित सब्सट्रेट से नष्ट हो सकती हैं।

कम्पोजिट पदार्थ में, परतों के बीच आसंजन अधिकांशतः पहले विफल हो जाता है, जिससे परतें अलग हो जाती हैं।^[6] उदाहरण के लिए, रेशा प्रबलित प्लास्टिक में, उच्च गुण सुदृढीकरण की शीट (जैसे, कार्बन फाइबर, फाइबरग्लास) बहुत दुर्बल बहुतय आधात्री (जैसे, ऐपोक्सी) द्वारा एक साथ बंधे होते हैं। विशेष रूप से, उच्च गुण परतों पर लंबवत लागू भार, और कतरनी भार बहुतय आधात्री को विभंजन या फाइबर सुदृढीकरण को बहुतय से अलग करने का कारण बन सकता है।

प्रबलित कंक्रीट में विस्तारण तब भी होता है जब सतह के निकट धातु सुदृढीकरण का क्षरण होता है।^[7] ऑक्सीकृत धातु का आयतन बड़ा होता है जो कंक्रीट द्वारा सीमित होने पर दाब उत्पन्न करता है। जब दाब कंक्रीट की ताकत से अधिक हो जाता है, तो दरारें बन सकती हैं और फैलकर निकटतम दरारों से जुड़ जाती हैं, जो जंग लगी सरिया के कारण होती हैं, जिससे विभंजन तल बनता है, जो सतह के समानांतर चलता है। एक बार विभंजन तल विकसित हो जाने पर, सतह पर कंक्रीट सब्सट्रेट से अलग हो सकता है।

प्रसंस्करण से सामग्रियों में परतें बन सकती हैं जो विस्तारण के कारण विफल हो सकती हैं। कंक्रीट में, अनुचित परिष्कृति के कारण सतहें उखड़ सकती हैं। यदि सतह को खुरपी द्वारा तैयार और सघन किया जाता है, जबकि अंतर्निहित कंक्रीट से पानी और हवा निकल रही है, तो घनी ऊपरी परत ऊपर की ओर धकेलते हुए पानी और हवा से अलग हो सकती है।^[8] स्टील्स में, ढ़लाई (धातुकर्म) सूक्ष्मसंरचना बना सकता है जब सूक्ष्म कण सपाट शीट में उन्मुख होते हैं जो परतों में टूट सकते हैं।^[2]इसके अतिरिक्त, कुछ 3डी प्रिंटिंग विधियां (उदाहरण के लिए, फ़्यूज्ड फिलामेंट निर्माण) परतों में भागों का निर्माण करती हैं जो प्रिंटिंग या उपयोग के दौरान नष्ट हो सकती हैं। फ्यूज्ड डिपोजिशन के साथ तापसुघट्य को प्रिंट करते समय, शीत सब्सट्रेट परत पर लागू प्लास्टिक की गर्म परत को ठंडा करने से अंतर ऊष्मीय संकुचन और परत पृथक्करण के कारण झुकने का कारण बन सकता है।^[4]

निरीक्षण विधियाँ

दृश्य निरीक्षण, टैप परीक्षण (अर्थात ध्वनि), अल्ट्रासाउंड, रेडियोग्राफ़ और थर्मोग्राफिक कैमरा सहित संरचनाओं में विस्तारण का पता लगाने के लिए कई गैर-विनाशकारी परीक्षण विधियां हैं।

सामग्री की सतह और किनारों पर विस्तारण का पता लगाने के लिए दृश्य निरीक्षण उपयोगी है। हालाँकि, सामग्री को काटे बिना दृश्य निरीक्षण से सामग्री के भीतर विस्तारण का पता नहीं लगा सकता है।

टैप परीक्षण या ध्वनिकरण में परिणामी ध्वनि के आधार पर विस्तारण का पता लगाने के लिए सामग्री को हथौड़े या कठोर वस्तु से धीरे से मारना सम्मिलित है। लेमिनेटेड कंपोजिट में, स्पष्ट बजने वाली ध्वनि अच्छी तरह से बंधी हुई सामग्री को इंगित करती है जबकि धीमी ध्वनि प्रभाव को कम करने वाले त्रुटि के कारण विस्तारण की उपस्थिति को इंगित करती है।^[9] छत्ताकार कोर के साथ सपाट पैनल कंपोजिट में बड़े त्रुटि खोजने के लिए टैप परीक्षण उपयुक्त है, जबकि पतले स्तरीय में छोटे त्रुटि हो सकते हैं जो ध्वनि से समझ में नहीं आते हैं।^[10] ध्वनि का उपयोग व्यक्तिपरक भी है और निरीक्षक की सुनने की गुणवत्ता के साथ-साथ निर्णय पर भी निर्भर करता है। भाग में कोई भी जानबूझकर बदलाव निरीक्षण को प्रभावित करते हुए उत्पादित ध्वनि की पिच को भी बदल सकता है। इनमें से कुछ विविधताओं में प्लाई ओवरलैप्स, प्लाई काउंट चेंज गोरस, कोर घनत्व परिवर्तन (यदि उपयोग किया जाता है), और ज्यामिति सम्मिलित हैं।

प्रबलित कंक्रीट में अक्षुण्ण क्षेत्र ठोस लगेंगे जबकि टुकड़े-टुकड़े किए गए क्षेत्र खोखले लगेंगे।^[11] बड़ी कंक्रीट संरचनाओं का टैप परीक्षण या तो हथौड़े से किया जाता है या ब्रिज डेक जैसी क्षैतिज सतहों के लिए चेन ड्रैगिंग उपकरण के साथ किया जाता है। शीत जलवायु वाले देशों में ब्रिज डेक, जो विहिमन नमक और रसायनों का उपयोग करते हैं, सामान्यतः विस्तारण के अधीन होते हैं और इस तरह सामान्यतः चेन-ड्रैगिंग के साथ-साथ सतह के बाद के पैच मरम्मत द्वारा वार्षिक निरीक्षण के लिए निर्धारित होते हैं।^[12]

विस्तारण प्रतिरोध परीक्षण विधियां

आलेप विस्तारण परीक्षण

एएसटीएम पेंट आसंजन परीक्षण के लिए मानक प्रदान करता है जो सब्सट्रेट से विस्तारण के लिए पेंट और आलेप प्रतिरोध के लिए गुणात्मक उपाय प्रदान करता है। परीक्षणों में सहदृश्य काट परीक्षण, अपघर्षक आसंजन,^[13] और पुल-ऑफ़ परीक्षण है।^[14]

अंतरापटल विभंजन सुदृढ़ता परीक्षण

विभंजन सुदृढ़ता एक भौतिक गुण है जो विभंजन और विस्तारण के प्रतिरोध का वर्णन करता है। इसे सूक्ष्म दाब तीव्रता कारक $K_{c}$ या सूक्ष्म दाब ऊर्जा विमोचन दर $G_{c}$ द्वारा दर्शाया जाता है।^[15] एकदिशीय फाइबर प्रबलित बहुतय लेमिनेशन कम्पोजिट सामग्री के लिए, एएसटीएम अंतरापटल आधात्री के मोड I विभंजन सुदृढ़ता $G_{IC}$ और मोड II $G_{IIC}$ को निर्धारित करने के लिए मानक प्रदान करता है।^[16]^[17] परीक्षण के दौरान लोड अनुपालन विधि से दाब ऊर्जा विमोचन दर निर्धारित करने के लिए विश्लेषण के लिए $P$ और विस्थापन $\delta$ दर्ज किया गया है।

अनुपालन की दृष्टि से $G$ द्वारा दिया गया है

$G={\frac {P^{2}}{2B}}{\frac {dC}{da}}$ (1)

जहाँ $dC$ अनुपालन $C$ (का अनुपात $\delta /P$ ) में परिवर्तन है, $B$ नमूने की मोटाई है, और $da$ दरार की लंबाई में परिवर्तन है.

मोड I अंतरापटल विभंजन सुदृढ़ता

विकृत डबल ब्रैकट बीम नमूने का योजनाबद्ध।

एएसटीएम D5528 मोड I अंतरापटल विभंजन सुदृढ़ता का निर्धारण करने के लिए डबल कैंटिलीवर बीम (डीसीबी) नमूना ज्यामिति के उपयोग को निर्दिष्ट करता है।^[17]लंबाई $a_{0}$ की प्रारंभिक दरार बनाने के लिए बहुतय आधात्री को ठीक करने से पहले बीम के केंद्र में सुदृढीकरण परतों के बीच नॉन-स्टिक फिल्म रखकर डबल कैंटिलीवर बीम नमूना बनाया जाता है। परीक्षण के दौरान नमूना को दरार खोलने वाले बीम के प्रारंभिक दरार पक्ष के अंत से दाब में लोड किया जाता है। अनुपालन विधि का उपयोग करते हुए, सूक्ष्म दाब ऊर्जा विमोचन दर दी जाती है

$G_{Ic}={\frac {3P_{C}\delta _{C}}{2Ba}}$ (2)

जहाँ $P_{C}$ और $\delta _{C}$ यह निर्धारित करके क्रमशः अधिकतम भार और विस्थापन होता है कि अनुपालन में 5% की वृद्धि के साथ मूल से खींची गई रेखा के साथ भार विक्षेपण वक्र अरैखिक हो गया है। सामान्यतः, समीकरण 2 विभंजन की कठोरता को अधिक आंकता है क्योंकि डीसीबी नमूने के दो ब्रैकट बीम में दरार पर सीमित घूर्णन होगा। परिमित घूर्णन को गणना $G$ द्वारा ठीक किया जा सकता है लंबाई के साथ थोड़ी लंबी दरार के साथ $a+\Delta$ दे रही है

$G_{Ic}={\frac {3P_{C}\delta _{C}}{2B(a+\Delta )}}$ (3)

दरार की लंबाई में सुधार $\Delta$ की गणना प्रयोगात्मक रूप से अनुपालन $C^{1/3}$ बनाम दरार की लंबाई $a$ के घनमूल के न्यूनतम वर्ग फिट को आलेखित करके की जा सकती है। संशोधन $\Delta$ x अवरोधन का निरपेक्ष मान है। विभंजन की कठोरता को अनुपालन अंशांकन विधि से भी ठीक किया जा सकता है जहां $G_{Ic}$ द्वारा दिया गया है

$G_{Ic}={\frac {nP_{C}\delta _{C}}{2Ba}}$ (4)

जहाँ $n$ न्यूनतम वर्ग फिट का ढलान है $\log(C)$ बनाम $\log(a)$ .

मोड II अंतरापटल विभंजन सुदृढ़ता

एज नॉच फ्लेक्सचर परीक्षण का योजनाबद्ध।

मोड II अंतरापटल विभंजन सुदृढ़ता को एएसटीएम D7905 द्वारा निर्दिष्ट एज नॉच फ्लेक्सचर परीक्षण द्वारा निर्धारित किया जा सकता है।^[16]नमूना उसी तरह से तैयार किया जाता है जैसे डीसीबी नमूना बहुतय आधात्री को ठीक करने से पहले लंबाई $a_{0}$ के साथ प्रारंभिक दरार पेश करता है। यदि परीक्षण प्रारंभिक दरार (गैर-प्रीक्रैक विधि) के साथ किया जाता है तो उम्मीदवार की कठोरता भंग हो जाती है $G_{Q}$ द्वारा दिया गया है

G_{Q}={\frac {3mP_{\max }^{2}a_{0}^{2}}{2B}}

जहाँ $B$ नमूने की मोटाई है और $P_{\max }$ अधिकतम भार है और $m$ उपयुक्त पैरामीटर है, $m$ अनुपालन के न्यूनतम वर्ग के साथ प्रयोगात्मक परिणामों द्वारा निर्धारित किया जाता है $C$ बनाम दरार की लंबाई घनाकार $a^{3}$ के रूप के साथ

C=A+ma^{3}

.

उम्मीदवार कठोरता $G_{Q}$ मोड II विभंजन कठोरता $G_{IIc}$ के बराबर है को भंग करता है यदि एएसटीएम द्वारा निर्दिष्ट विभिन्न दरार लंबाई पर दाब ऊर्जा विमोचन दर निश्चित प्रतिशत के भीतर आती है।

संदर्भ

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