دانلود مقاله آزمایشات غیرمخرب تخته خرده چوب با روشهای فراصوتی و ارتعاشی

پیشگفتار این پایان‎نامه نقطه عطفی مهم در برنامه مهندسی مکانیک خصوصاً در زمینه تکنولوژی چوب در دانشگاه تکنولوژی ‎Lulea است موضوع این کار توسط پروفسور ‎Holzwissenschaftenfur، استاد دانشگاه زوریخ فراهم شد و آزمایشات غیرمخرب ویژگیهای الاستیک (ارتجاعی) و شکنندگی تخته خرده چوب با روشهای فراصوتی و فرکانس ایگن را پوشش می‎دهد.

انتخاب این موضوع با این هدف انجام شد که مرجع فارسی مناسبی برای مطالعات آینده علاقمندان فراهم شود و علاقمندان با فراغ خاطر بیشتر به مطالعه مهندسی مکانیک در زمینه تکنولوژی چوب بپردازند و باعث پیشرفت صنعت چوب و کاغذ شوند.

چکیده در تولید تخته خرده چوب، ویژگیهای مختلف تخته به منظور حفظ کیفیت تخته با محدودیتهای مورد لزوم اندازه‎گیری می‎شوند.

روشهای غیرمخرب برای این منظور شامل آزمایشات فراصوتی و فرکانس ایگن هستند.

این روشها برای اندازه‎گیری مقاومت تخته پس از پرس، در جهت مقاصد کنترل فرآیند پیشنهاد شده‎اند.

ثابت شده است که روشهای سرعت فراصوتی و فرکانس ایگن ابزارهای مناسبی برای انجام این کار هستند.

نتایج نشان می‎دهند که مدول یانگ و مقاومت خمشی را می‏توان با این روشها تعیین نمود.

چسبندگی داخلی را فقط با دقت نسبتاً کافی می‎توان با مدلهای ارتجاع طبیعی تعیین کرد.

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.

- مقدمه این پایان‎نامه نقطه عطفی مهم در برنامه مهندسی مکانیک، خصوصاً در تکنولوژی چوب در دانشگاه تکنولوژی ‎Luleo است.

موضوع این پایان‎نامه آزمایشات غیرمخرب ویژگیهای الاستیک برای تخته خرده چوب با استفاده از روشهای فراصوتی و فرکانس ایگن می‎باشد.

1-1- سابقه تخته خرده چوب قطعاًُ مواجه با تقاضاهای کاربردی 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 کوچکی از کل تولید، آزمایش می‎شود.

این مطلب بدین معناست که تولید با ترتیبات نادرست فرآیند می‎تواند قبل از اینکه خطا مورد توجه قرار گیرد، تا زمان زیادی ادامه بیابد.

همچنین ممکن است که به مقادیر زیادی از تخته‎های وازده (مردود) یا تخته‎ هائی با کیفیت نامرغوب منتهی شوند که هزینه‎های زیادی را برای تولید تخته دربردارد.

برای پرهیز از این مشکل، دستگاهی برای آزمایش کردن سریع توسعه یافته است که آزمایشات را به طور خودکار (اتوماتیک) انجام می‎دهد.

در این حالت، پروسه آزمایش سریعتر پیش می‎رود اما هنوز اندازه‎گیری ساعتها به طول می‎انجامد.

به همین دلیل، یک روش آزمایش غیرمخرب برای تعیین ویژگیهای تخته خرده چوب هدفی مطلوب است که بتواند بعد از پرس مستقیماً استفاده شود.

احتمال تعیین ویژگیهای تخته با روشهای غیرمخرب در خط تولید بعد از پرس و بنابراین قابلیت کنترل بهتر کیفیت پروسه می‎تواند مزایای زیادی را در کاهش میزان تخته‎های رد شده و کیفیت پائین به ارمغان بیاورد.

2-1- هدف و منظور از این مطالعه هدف از این مطالعه جهت تعیین کارائی دو روش آزمایش غیر مخرب، سرعت فراصوتی و تحلیل فرکانس 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 یک نوع خاص از صنعت تخته خرده چوب محدود می‎شود.

نحوه کار شامل طراحی آآزمون، جمع کردن 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 فرکانس ایگن در حالت عمود بر صفحه برای بررسی خواص فیزیکی تخته خرده چوب هستند.

برای آزمایش نمونه تخته بزرگ، فرکانس ایگن در جهت طولی نیز بکار برده می‎شود.

این پایان‎نامه همچنین شامل یک ارزش‎یابی از تأثیر متعادل‎سازی می‎با‎شد.

4-1- تئوری و کارهای 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 فرکانس ایگن برای تعیین خواص الاستیکی 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 فرکانس صوتی برای تعیین ‎IB تنها روش صنعتی که با مقیاس بزرگ در یک خط کاربردی استفاده می‎شود، شناسائی عیب ورقه ورقه شدن بدون تماس با فراصوتی (بعنوان مثال توسط ‎Grecon) است.

2-4-1- تحلیل فرکانس ایگن اجسام الاستیک را می‎توان با دو روش به ارتعاش درآورد: توسط نیروهای مداوم بیرونی که باعث ارتعاش می‎شوند، که اطلاعات با کمک واکنشهای مختلف با فرکانس‎های متفاوت جمع‎آوری می‎شوند.

فرکانس طبیعی نمونه فرکانسی است معادل فرکانس نیروی مداوم وارده به تخته است که سبب ایجاد تشدید می‎گردد.

از یک تکانه تکی، ارتعاشات آزاد در جسم ایجاد می‎شود.

این ارتعاشات فرکانس‎های ایگن جسم را دارند.

این ارتعاشات هر دو برپایه یک روش ارتعاشی هم اندازه روشهای با ارتعاش بیشتر هستند.

روشهای ارتعاش بیشتر در مقایسه با روش پایه بدلیل اصطکاک درونی مواد سریعتر نزول می‎یابند که احتمالاً آنرا به لحاظ کارآئی یک روش اساسی می‎کند.

روشهای مختلف دستیابی به ویژگیهای الاستیک یک ماده با استفاده از فرکانس ایگن وجود دارند.

این روشها در سه نقطه فرق دارند (استاندارد ‎ASTM ‎- ‎1259 ‎- ‎[2]C): استقرار تکیه‎گاه استقرار نقطه محرک انتخاب نقطه برداشت سیگنال استقرار تکیه‎گاه: تکیه‎گاه‎ها در نقاط گره‎دار ارتعاش دلخواه مستقر می‎شوند.

استقرار نقطه محرک: نقطه محرک در یک نقطه خطی برای روش ارتعاش دلخواه انتخاب می‎شود.

انتخاب نقطه برداشت سیگنال: دریافت‎کننده سیگنال در جائی مستقر می‎شود که روش ارتعاش به ساده‎ترین شکل اندازه‎گیری می‎گردد.

وقتی که یک روش تماسی استفاده می‎شود، بایستی به یک گره ارتعاشی نزدیک باشد بطوریکه نمونه آزمایشی با سوزن سیگنال که بر فرکانس خاص اثر می‎گذارد بارگذاری نمی‎گردد.

این روشهای مختلف قادر به اندازه‎گیری (مدول) دینامیک یانگ، مدول دینامیک شکست و ضریب پوآسون در صفحات مختلف نمونه‎های آزمانش می‎باشد.

دو روش اصلی برای آزمایش فرکانس ایگن و ویژگیهای الاستیک عبارتند از: اندازه‎گیری فرکانس طبیعی در یک تخته تحت کنترل (یک سر آزاد) اندازه‎گیری فرکانس ایگن نمونه آزاد در تکیه‎گاه که در گره‎های ارتعاش قرار می‎گیرند.

این کار مربوط به فرکانس ایگن نمونه‎های آزاد برای خمش درونی و برونی صفحه می‎شود.

این روش برای آزمایش دینامیک مدول یانگ در چوب توسط ‎Gorlacher [s] بکار رفته است.

او دریافت که این روش با دقت کافی 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 الاستیک در ‎MDF استفاده کرده‎اند.

آنها ارتباط بین مدول دینامیک یانگ با روش فرکانس‎ خاص و مدول استاتیک یانگ را با آزمایشات ‎DIN با ‎R2 = 0.48 گزارش کردند.

اندازه‎گیریهای فرکانس 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 بکار می‎رود.

3-4-1- روش فراصوتی موازی با صفحه تخته فراصوتی که از یک منبع پخش می‎شود، سرعتی دارد که مربوط به دانسیته متوسط است.

از آنجائی که دانسیته تأثیر خیلی زیادی بر مقاومت خمشی و مدول یانگ دارد، این سرعت را می‎توان برای تعیین این ویژگی‎ها بکار برد.

مدول الاستیسیته دینامیک با فرمولهای رایج برای مواد ایزوتروپیک محاسبه می‎شود.

‎(Krautkramer [13]) (رابطه 1) (مگاپاسکال) مدول دینامیک یانگ MOEdyn = (گرم بر سانتی‎متر مکعب) دانسیته ‎ ‎ سرعت صوت ‎V = ضریب پوآسون = و چون ضریب پوآسون محاسبه‎اش مشکل است،‌رابطه مذکور بصورت زیر بکار می‎رود.

(رابطه 2) ‎ اکثراً 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 که رابطه مناسب ‎(R2 = 0.55).

بین مقاومت خمشی و سرعت صوت به همان شکل رابطه بین سرعت صوت و مدول یانگ ‎(R2 = 0.24) است.

این روش چندان در صنعت استفاده نشده است.

از آنجائی که 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 که رطوبت به تخته نفوذ می‎کند، اکثراً‌ از اندازه‎گیری انتقالی (ناقل و دریافت‎کننده در سمتهای مقابل مورد آزمایش مستقرند) استفاده می‎شود ([12]Plinke, Greuble‎).

به علت رطوبت زیاد، صوت در تخته خرده چوب با یک فرکانس کمتر در حد 20 تا 100 کیلوهرتز در مقایسه با کاربردهای معمول برای مواد ایزوتروپیک 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 آنجائیکه زمان پراکنش صدا محاسبه می‎شود، سرعت صوت انتگرال زمان پراکنش صدا در لایه‎های مختلف تخته است.

هنگامی که دانسیته کاهش می‎یابد، سرعت صوت نیز کاهش می‎یابد و پالس صدا زمان بیشتری برای عبور از لایه را نیاز دارد.

این مسئله بدین مفهوم است که دانسیته کم لایه میانی منوط به قسمت اعظم زمان عبور امواج صوتی (شکل 1) است.

به همین علت است که لایه میانی بیشترین اثر را بر وی زمان پراکنش صوتی دارد.

از همین روی امکان تعیین چسبندگی داخلی با روش فراصوتی ناشی می‎شود.

در شکل 1 یک پروفیل دانسیته بصورت نمونه نشان داده می‎شود.

شکل 1- پروفیل دانسیته بر صفحه تخته زمان پراکنش صدا برای هر لایه در تخته Plinke و [12] Greuble مقاله‎ای تهیه کرده‎اند که 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 یک 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 یک تفاوت برای تماس اندازه‎گیری سرعت صوت را محاسبه کردند.

آنها دریافتند که این روش با استفاده از فرکانس و تحلیل کیفیت امواج صوتی مشخص، با عبور از صفحه تخته، یک 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) یک واریانس مشخص را نمایان کرد.

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 یک تولید‎کننده تهیه شده و در یک کارخانه اندازه‎گیری شند.

تخته‎های آزمایش شده عموماً مورد استفاده در صنایع مبلمان بودند.

تخته‎های مورد آزمایش پارامترهای زیر را داشتند: خرده‎های چوب: با آسیاب چکشی و 100% سوزنی برگ لایه سطحی (35%): 100% خرده‎های رنده / خرده‎های چوب بری / خاکه سمباده زنی لایه میانی (65%): تکه تخته‎ها 40 تا 50% خرده چوب 20% خرده‎های رنده کاری و چوب‎بری 20% چوب ماسیو 10% چسب: اوره فرمالدئید، تولید شده در کارخانه میزان چسب: در لایه میانی 8 تا 5/8% در لایه سطحی 12 تا 5/12% دانسیته (مقدار نهائی): 682 کیلوگرم بر مترمکعب زمان پرس / دمای پرس: 280 ثانیه / 185 درجه سانتی‎گراد زمان پرس / دمای پرس: 280 ثانیه / 185 درجه سانتی‎گراد 2-2- طراحی آزمایش از آنجائی که فقط کیفیت یک تخته از تولید منظم در کارخانه مورد مطالعه قرار گرفت، رسیدن به حداکثر واریانس ممکن 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 کارکنان متخصص در کارخانه تهیه شدند که عبارت بودند از: تخته‎ها در طبقات پائین‎تر پرس در مقایسه با تخته‎های طبقات فوقانی بدلیل عدم یکنواختی فشار در طبقات مذکور، نازکتر شدند.

پرس غیریکنواخت، تخته‎هائی (تراکم کم) در یک طرف صفحه پرس تولید کرد.

با توجه به معیار واریانس دانسیته کل تخته در تولید این مدل، نمونه‎ها متناوباً از طبقات بالا و پائین پرس برداشته شدند.

از آنجائیکه 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 که از روی نمونه‎های کنترل کیفیت 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 یک ‎testrob (یک 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 فرکانس ایگن طولی عمود بر جهت تولید، موازی با صفحه تخته آنچنانکه در جدول ضمیمه 6 مشروح است، آزمایش شدند.

دما، دانسیته و اندازه‎های تخته نیز برآورده شدند.

چون ویژگیهای الاستیک 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 کامل آزمایش را می‎توان در جدول ضمیمه 7 مشاهده کرد.

نمونه‎ها برای آزمایشات متنوع به ابعاد اصلی مورد آزمایش مطابق با الگوی برش که در شکل 2 نشان داده شده، بریده شدند.

شکل 2 قسمتهای نشانه‎گذاری شده 1، 2، 3 برای تیرهای خمشی استفاده شدند.

هشت نمونه برای آزمایش خمش از سه قسمت، یک 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 یک ابزار نسبتاً جدید برای مدلهای چندتائی و سنجشی است.

براساس یادآوری، این روش از یک کتاب در این زمینه توسط ‎Naes[22] و ‎Martens، ‎SIMCA [23] کاربرد دستی، و یک پایان‎نامه ‎(Andresson [27]) ناشی می‎شود.

برای مقالات مربوط به این تئوری و کاربرد تحلیل ‎PLS، خوانندگان ممکن است که کارهای 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 یک روش دوخطی نزولی است.

تحلیل ‎PLS را می‎توان برای تحلیل بسیاری از متغیرهای همزمان بکار برد.

یکی از مزایای ‎PLS این است که می‎تواند صدای مزاحم (اطلاعات نامفهوم) را از اطلاعات مشخص مجزا کند.

همچنین ‎PLS می‎تواند رابطه بین عوامل قابل تغییر در مدل را نمایان سازد.

قبل از تحلیل ‎PLS، یک ‎PCA (تحلیل اصولی ذره) نیز اغلب انجام می‎شود.

در ‎PCA اجزاء اصلی غیرمربوط (عوامل غالب) به عنوان ترکیبات خطی اطلاعات اصلی کنترل می‎شوند.

اجزاء اصلی با مرتب کردن متغیرهای اصلی بروی محورهای اورتوگونال در یک فضای چندبعدی یافت می‎شوند.

در دسته‎ای از نقاطی که بدست می‎آیند، اولین جزء اصلی به جهت غالب دسته (گروه) وصل می‎شود.

جزء اصلی بعدی با جهت غالب دوم، اورتوگونال به اول، مشارکت دارد.

این روند برای بقیه اجزاء اصلی تکرار می‎شود.

با کنترل اجزاء اصیل روی یک صفحه دوبعدی، در یک «‌پلات با پراکندگی فراوان» یک مای گرافیکی از اطلاعات مرتب کاربردی بدست می‎آید، گروه‎ها و سایر اطلاعات مهم را می‎توان به آسانی مشخص کرد.

در تحلیل ‎PLS، فاکتورها ‎(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 یک یا چند پاسخ ‎(y) باشند.

مدلها در شکل ‎y = c + a.x1 + b.x2 + … با یک پاسخ، در این مطالعه هستند.

ارزیابی یک مدل ‎PLS در میان واریانس معنی‎دار ‎(R2) نشان داده می‎شود که مقدار تغییر در ترتیب اطلاعات را که مدل توضیح می‎دهد، نشان می‎دهد.

‎R2 = 0 بدین مفهوم است که هیچ واریانسی توسط مدل توضیح داده نمی‎شود و ‎R 2 = 1 هم واریانس ورودی توسط مدل را بیان می‎کند.

این واریانس می‎تواند شامل اطلاعات مفیدی نظیر صداهای مزاحم باشد.

صدای مزاحم اطلاعات نامفهومی است که بدین معنا است که یک مدل با ‎R2 = 1 ممکن نیست.

که بهترین باشد زیرا می‎توانست مدلی با صدای مزاحم باشد.

برای مشخص کردن اینکه صدای مزاحم چیست و چه اطلاعات مفیدی دارد، مجذور عدد معین ‎(Q2) در مدل استفاده می‎شود.

این یک 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 کاربردی روشهای آزمایش ‎DIN-EN مورد استفاده در این مطالعه به عنوان مراجعی برای آزمایشات جهت تعیین ویژگیهای مورد تقاضا هستند.

به عبارت دیگر، اینکه مقاومت خمشی واقعی تخته با بارگذاری آن تا هنگام وقوع شکست اندازه‎گیری می‎شود و بنابراین برای تمام ویژگیها هم به همین شکل است.

روشهای غیرمخرب نیز از طرف دیگر روشهای غیرمستقیم هستند.

بدین معنی که یک یا چند ویژگی که 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 بکار می‎روند.

از نمونه استانداردهای مورد استفاده در این مطالعه عبارتند از: 1-1-3- تعیین مدول الاستیسیته در خمش و مقاومت خمشی با استاندارد ‎ DIN-EN 310 مقاومت خمشی و مدول یانگ در حالت استاتیک با یک آزمون خمش استاتیک سه نقطه‎ای تعیین می‎شوند.

مقادیر بدست آمده برای مدول یانگ واضح است و چون آزمایش نیز شامل تنش‎های شکست 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 تکیه‎گاه (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، بطوریکه با هر دو سطح این کمیت اندازه‎گیری شد.

این کار باعث شد که مقدار متوسط برای هر دو جهت و کاهش اختلاف مقاومت بدلیل ناهماهنگی در ساخت بین دو سطح تخته بدست آید.

برای نیمی از نمونه‎ها و مقاومت خمشی در دستگاه آزمایشگر با سمت شکل‎گیری کیک آزمایش شد.

بقیه نمونه‎ها با سطح غیرمتمرکز رویه بدلیل فوق‎الذکر آزمایش شدند.

2-1-3- تعیین مقاومت کششی عمود بر صفحه با استاندارد ‎ DIN-EN- 319 آزمایشات چسبندگی داخلی بر روی یازده نمونه ‎50mm)×(50 از هر تخته که به طور یکنواخت 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 یک سنباده کوچک 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 یکنواخت در پهنا تعیین شدند.

این عمل برای دستیابی به پروفیل دانسیته بود.

مقادیر بدست آمده برای نمونه‎ها مطابق استاندارد بود.

این آزمایشات که توسط استانداردهای فوق‎الذکر کنترل 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 یک قطعه هموژن مشخص باشد، مدول دینامیک الاستیسیته را می‎توان از طریق زمان پراکنش جدا با عبور هر موج صوتی محاسبه کرد.

این کار با استفاده از فرمول ساده شده زیر: ‎(Krautkramer [13]) انجام می‎شود: (رابطه 2) ‎ (مگا پاسکال) مدول دینامیک الاستیسیته : MOE (کیلوگرم بر مترمکعب) دانسیته : (متر بر ثانیه) سرعت صوت : ‎V از آنجائیکه تخته خرده چوب و خصوصاً تخته خرده چوب چندلائی یک ماده همگن به دلیل پروفیل دانسیته مشخص عمود بر سطح تخته نیست،‌ این فرمول فقط یک برآورد تقریبی را محاسبه می‎کند.

سرعت صوت با استفاده از یک زمان‎سنج پراکنش صوتی ‎PB5) از ‎(Steinkamp با استفاده از زمان پراکنش و طول نمونه مشخص شد.

سرعت صوت موازی با صفحه تخته اندازه‎گیری شد.

فرکانس مورد استفاده 50 کیلوهرتز از یک منبع صوتی بود.

در هنگام اندازه‎گیری هیچ عامل دوتائی استفاده نشد.

در آزمایش چسبندگی داخلی، سرعت صوت عمود بر صفحه تخته اندازه‎گیری شد (شکل 3) این کار 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 یک نقطه) برای 8 تا 25 تخته اندازه‎گیری شد.

شکل 3- جهات آزمایش فراصوت 3-3- این روش آزمایشی فرکانس پایه ایگن برای یک نمونه آزمایشی با شکل هندسی مناسب با یک دستگاه تشدیدکننده صوتی (یک چکش کوچک) را اندازه می‎گیرد.

یک سوزن پیزوالکتریک (یا یک میکروفون) فشرده شده در نمونه آزمایشی باعث ایجاد ارتعاش مکانیکی در نمونه شده و آن را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می‎کند.

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 فرکانس ایگن پایه توسط تحلیل‎گر سیگنال اندازه‎گیری می‎شود و نتیجه به روی یک صفحه نشان داده می‎شوند.

فرکانس ایگن، ابعاد نمونه، جرم برای اندازه‎گیری مدول دینامیک یانگ، مدول دینامیک شکست، و ضریب پوآسون استفاده می‎شوند.

در این تحقیق مدول دینامیک یانگ برای ارتعاشات خمشی با استفاده از فرمول زیر ‎(Gorlacher [5]) بدون محاسبه شدت شکست محاسبه شد.

(این فرمول برای فاصله پایه و ضریب ضخامتی نمونه آزمایشی در مقایسه با استاندارد ‎EN – 310 معتبر است).

(رابطه 3) (مگاپاسکال) مدول دینامیک یانگ : MOEEF/dyn طول نمونه (میلی‎متر) : L (گرم بر سانتی‎متر مکعب) دانسیته: ‎(S-1) فرکانس : 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 که در شکل 4 نشان داده شده قرار گرفتند.

فرکانس ایگن با یک گره از روی نمونه‎ای با سوزن پیزوالکتریک اندازه‎گیری شد.

دستگاه مورد استفاده برای اندازه‎گیری فرکانس ایگن «گریندوسونیک ‎MK5 صنعتی» از ‎J.W.Lemmens GmbH بود.

فرکانس ایگن برای هر دو حالت عمود بر تخته محاسبه شد.

(شکل 4) پهنای تکیه‎گاه مطابق نتایج ‎GorLacher [s]، ‎L × 552/0 بود.

برای انجام آزمایش بروی تخته‎های بزرگ، فرکانس ایگن برای ارتعاش طولی مورد مطالعه قرار گرفت.

این کار براساس اینکه فرکانس ایگن در مرحله اول برای اندازه‎گیری فرکانس ساده و دقیق با این دستگاه برای نمونه آزمایشی بزرگ، کم و پائین است، ساخته شد.

برای ارتعاش طولی در صفحه، مدول دینامیک یانگ مطابق فرمول زیر ‎[Spinner, Thefft[9], Leban, Haines, Hene [6] محاسبه می‎شود: (رابطه 4) ‎ (مگا پاسکال) مدول دینامیک یانگ : MOEdyn (میلی‎متر) طول نمونه :L (کیلوگرم بر سانتی‎مترمکعب) دانسیته : (معکوس ثانیه) فرکانس : ‎f در این حالت نمونه بروی یک تکیه‎گاه که در زیر تخته قرار دارد، مستقر شد و تا اندازه‎ای در وسط یک رویه تخته ضربه‎ای وارد شد.

فرکانس در سمت دیگر با استفاده از یک سوزن پیزوالکتریک اندازه‎گیری شد.

ترتیب آزمایش در جدول ضمیمه 6 نشان داده می‎شود.

4-3- ماشین آزمایش سریع - ‎Testrob دستگاه ‎Testrob، توسط ‎Schenk، یک دستگاه برای آزمایش سریع ویژگیهای مکانیکی تخته‎های چوبی است.

این دستگاه بطور اتوماتیک 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 یک تخته تعیین کرد.

انجام آزمایش با ‎Testrob معمولاً نیم ساعت پس از تولید نمونه آزمایشی انجام می‎شود، به طوری که در این زمان نمونه سرد خواهد بود.

این زمان بعد از سفت شدن چسب لازم برای کاهش تأثیر دما در اندازه‎گیری است.

زما کل آزمایش با شش نمونه در هر تخته و هر ویژگی در حدود 40 دقیقه است.

اندازه‎گیریها بطور پیوسته با یک کامپیوتر شخصی به عنوان کنترل آزمایش مهیا می‎شوند.

نهایتاً نتایج آماری برای هر مورد بدست می‎آیند.

اولین آزمایش با دستگاه ‎‎Testrob تقریباً یک ساعت بعد از اینکه تخته از خط تولید گذشت انجام می‎شود.

دو تکه با پهنای 50 میلی‎متر آزمایش شدند، یکی برای مقاومت خمشی و دیگری برای دانسیته و مقاومت برش و چسبندگی داخلی طول نمونه‎های آزمایش 1700 میلی‎متر بود که 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 که چیزی دیگر آزمایش نشود.

«بازگشتهای خطی جهت‎دار» مورد استفاده برای تعیین مقادیر MOR و ‎MOE روشهای یک متغیری صحیح نیستند، زیرا ‎MOE دینامیک برای روشهای آزمایشی مذکور از بیش از یک متغیر محاسبه می‎شود.

اطلاعات موجود مقادیر اندازه‎گیری شده فیزیکی و دانسیته هستند که می‎توان آنها را برای هر تکه آزمایشی در یک محصول معمولی تعیین کرد.

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 می‎کند.

اگر هر تکه مورد سنجش در این رابطه استفاده شود، بهترین نتیجه با استفاده از سرعت صوت محاسبه شده برای نمونه‎های سمباده زده شده بدست می‎آید که یک واریانس مشخص ‎R2 = 0.30 ارائه می‎دهد.

اگر مقادیر متوسط از تمام اندازه‎گیریها بر یک تخته تکی برای این رابطه استفاده شوند، نتایج عددی بهتر می‎گردند.

بهترین نتیجه با تخته‎های سمباده خورده که واریانس ‎R2 = 0.64 دارند، بدست می‎آید.

این مدل بر پایه 17 تخته است.

شکل 5- بهترین مدل یک متغیری برای تعیین چسبندگی داخلی تخته‎های سمباده خورده تخته‎های سمباده نخورده یک مدل با واریانس ‎R2 = 0.47 ارائه می‎دهند.

در این حالت مدل از 24 تخته ساخته می‎شود.

شکل 6- بهترین مدل یک 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 بکار برده شده است، اما با موفقیت کمتر (نتایج در جدول ضمیمه 2) 2-1-4- تعیین چسبندگی داخلی با مدلهای چندمنظوره با یک مدل چندمنظوره برای نمونه‎های سمباده نخورده، تخته‎هائی با ‎IB شکل 7- تعیین چسبندگی داخلی تخته‎های سمباده نخورده با سرعت صوت و متغیرهای دانسیته این مدل را می‎توان با نمونه‎هائی که ‎IB کمتر از ‎0.42 مگاپاسکال دارند طبقه‎بندی کرد.

اثبات درستی این مدل، اندازه‎گیری تعدادی از تخته‎ها با تشکیل یک آزمایش مرتب از بین برده شد.

سپس یک 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 شکل 8 نشان داده می‎شوند.

شکل 8- تعیین یک آزمایش مرتب با مدل ساخته شده از چند مشاهده مدل صحیح، صرفاً با استفاده از نیمی از مشاهدات هنوز با طبقه‎بندی نمونه‎ها با ‎ IB کمتر از ‎0.42 کنترل می‎شود.

این مسئله این مطلب را بیان می‎کند که مدل مذکور قوسی است و اینکه یک ساختار اساسی وجود دارد، نه یک همزمانی شانسی که به این نتیجه رسیده باشند.

این فرضیه بر پایه این واقعیت است که مدل مذکور نمی‎تواند با این تخته‎هائی که اگر در این مدل نباشند، جور شود.

یک مدل برای تخته‎های سمباده شده نیز توسعه یافت که نتایج خوبی را ارائه می‎دهد.

با یک مدل ساخته شده از مقادیر متوسط از مشاهدات 17 نمونه تخته، واریانس معلوم، ‎R2 = 0.88 است.

نتیجه در شکل 9 نشان داده می‎شود.

شکل 9- تعیین چسبندگی داخلی تخته‎های سمباده شده با دانسیته و سرعت فراصوت براساس متغیرها بحث و تحلیل: تعیین ‎IB در تخته‎های سمباده نشده برای تخته‎هائی با ‎IB پائین ممکن است.

مقادیر بیشتر به نظر تحت تأثیر یک متغیر لحاظ نشده در این مدل می‎آیند.

ممکن است که سطح زبر و سفت باشد، زیرا نمونه‎های سمباده شده نتایج مشخص بهتری را ارائه می‎دهند.

دلیل این مسأله می‎تواند خلل و فرج سطحی تخته باشد که بر زمان پراکنش صوتی در یک مورد ناجور اثر می‎گذارد.

نیروهای مختلف پرس بر ترنسمیترها ممکن است که این لایه را با درجات گوناگون فشرده کرده و به سمت یک واریانس شدید در سرعت اندازه‎گیری شده صدا هدایت کند.

این صدای ناهنجار ‎(noise) هنگامی که ‎IB افزایش یابد، بیشتر می‎شود.

این مطلب ناشی از این واقعیت است که یک لایه میانی مناسب در برابر بخش کوچکی از زمان پراکنش کل در مقایسه با یک حالت ناجور قرار می‎گیرد.

این مورد، شکل مخروطی مشاهدات را در نقاط مشخص / مشهود برای تخته‎های سمباده نخورده را توضیح خواهد داد.

در تخته‎های سمباده شده با یک سطح سخت‎تر و همگن‎تر، این مطلب مورد مشکلی نیست و مقادیر عددی مطابق آن بهتر مشخص می‎شوند.

2-4- تعیین مقاومت خمشی و مدول یانگ برای تخته‎های بزرگ آزمایشات بر روی تخته‎هائی با ابعاد ‎137cm)×(50 قبل از برش نمونه‎های آزمایشی انجام شدند.

از روی این اطلاعات، مدلها برای تعیین مقاومت خمشی داخل تخته و مدول یانگ ساخته شدند.

فرکانس ایگن مورد استفاده در اینجا در جهت طولی، عمود بر جهت تولید است.

1-2-4- تعیین ‎MOR بهترین نتیجه برای تعیین ‎MOR با استفاده از رابطه جهت‎دار مدلها با ‎MOE دینامیک انجام شد، که با فرکانس ایگن، عمود بر جهت تولید به عنوان یک متغیر محاسبه شد.

این مدل واریانس ‎R2= 0.76 دارد.

بهترین مدل چند منظوره دارای واریانس ‎R2 = 0.84 است.

این مدل از دانسیته، فرکانس ایگن، سرعت صوت موازی با جهت تولید و فاکتورهای مختلف برای تعیین مقاومت خمشی (به جدول ضمیمه 3 برای متغیرهای مدل مراجعه کنید) استفاده کرد.

نتایج معین برای هر دو دل در شکل 10 نشان داده می‎شود.

شکل 10- بهترین چندمتغیری و مدلهای جهت‎دار برای تعیین ‎MOR تخته‎های بزرگ 2-2-4- تعیین ‎MOE مدلهای جهت‎دار برای تعیین مدول یانگ با استفاده از صوت موازی با جهت تولید در واریانس حداکثر ‎R2 = 0.61 جواب دادند.

مدلهای چندمنظوره (چندمتغیری) نتایج بهتری را ارائه دادند.

بهترین مدل چندمتغیری با استفاده از دانسیته‎های مختلف، MOE محاسبه شده با فرکانس ایگن طولی و سرعت صوتی موازی با جهت تولید ساخته می‎شود.

این مدل واریانسی در حد ‎R2 = 0.72 را ارائه می‎دهد.

این نتیجه برای هر دو مدل در شکل 11 ارائه می‎شود.

شکل 11- تعیین ‎MOE در تخته‎های بزرگ بحث و تحلیل: اختلاف نسبتاً کم بین مدلهای چندمتغیره و مدلهای جهت‎دار این واقعیت را بیان می‎کند که بعضاً‌ متغیرهای نسبتاً مشابهی در مدلهای چندمتغیری وجود دارند.

از آنجائی که اکثر متغیرها مدول الاستیسیته دینامیک و یا هر چیز مربوط به آن را اندازه می‎گیرند، این متغیرهای مشابه تقریباً تأثیر یکسانی را بر مدل دارند.

اگر متغیرها کلاً واریانس یکسانی را در ترتیب اطلاعات بیان کنند، اگر مقادیر اندازه‎گیری مناسب باشند تفاوت بین یک روش جهت‎دار و یک روش چندمتغیره، کم و ناچیز خواهد شد.

اگر متغیرهای اندازه‎گیری شده بدلیل شرایط بد و ناجور شامل صدای ناهنجار باشند، مدل چندمتغیری شانس بهتری برای تعیین مقادیر مناسب در مقایسه با یک مدل خطی جهت‎دار خواهد داشت.

این مطلب بدین علت است که ‎PLS می‎تواند اطلاعات صدای ناهنجار را مرتب کند که این حالت برای رابطه خطی جهت‎دار وجود ندارد.