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Ausgehend von einer kurzen Einführung in die Problematik von Dauerschwingversuchen an Polymerwerkstoffen werden Prüfergebnisse aus der Umlaufbiegung an Hohlzylinderproben für eine breite Palette von Thermoplasten und ihren Verbunden vorgestellt. Die Ergebnisse werden hinsichtlich des Einflusses der Glasfaserverstärkung sowie der Kerbwirkung von Bohrungen diskutiert.
Fracture processes in concrete can be characterized by the formation of a Fracture Process Zone (FPZ), which is a region of the crack extending between the elastic region ahead of the crack tip over the crack bridging zone to the region where the crack opening is sufficiently large to prevent transfer of load across the crack faces. The formation of cracks and the development of the FPZ have typically been documented by Acoustic Emission (AE) methods and important conclusions regarding the nature of the FPZ and the propagation mechanisms of concrete have been drawn to form the basis of current fracture models for concrete.
The study presented in this paper focuses on Mode I cracking of concrete using compact tension specimens and is comparing the results of AE measurements to those obtained from documenting the cracking process by Digital Image Correlation (DIC). The findings from this comparison show that distinctly different AE events occur ahead of the crack tip, in the cementitious matrix at the crack tip and in the wake of the crack due to the increasing separation of the crack flanks and further opening of the crack. The DIC measurements indicate that crack initiation occurs with locally corresponding AE signals and furthermore suggest a continuous path of the crack from initiation to eventual transition to the stress-free zone. Based on these comparative measurements the study suggests that crack formation in unreinforced concrete is initiated by an individual, sharp microcrack rather than by a region of diffuse microcracking ahead of the eventual crack tip. Later on sharp crack branches originate from the main macrocrack path. Furthermore, the measurements with AE and DIC result in information on the nature of the deformation mechanisms occurring in distinct regions of the entire cracking process. AE signals detected using wideband sensors show quite different characteristics in time (waveform) and frequency (bandwidth) domain.
Druckbehälter aus Faserverbundwerkstoffen werden unter anderem für die Speicherung von Erdgas in Fahrzeugen genutzt. Sie erfordern zuverlässige und effiziente Methoden der Qualitätssicherung während der Fertigung und des Betriebs, um ein möglichst hohes Sicherheitsniveau zu gewährleisten. Die in diesem Beitrag vorgestellte, auf Schallemissionen beruhende Prüfmethodik wurde entwickelt und patentiert, um unter typischen Fertigungsbedingungen angewendet zu werden.
Überwachung der Fertigungsqualität von Faserverbund - Druckbehältern mittels Schallemissionsprüfung
(2011)
Ziel der Untersuchung ist die Validierung einer Prüfmethodik zur Sicherung der Fertigungsqualität von Faserverbund – Druckbehältern unter realen Fertigungsbedingungen.
Das Verfahren basiert auf Merkmalen und zulässigen Grenzwerten, die aus Schallemissionsverläufen bei der Erstdruckprüfung abgeleitet werden.
Die Methodik konnte zuvor bereits erfolgreich an Faserverbund –
Druckbehältern mit metallischem Liner getestet und patentiert werden.
Mit den aktuellen Untersuchungen wurde die Möglichkeit des Erkennens von Fertigungsfehlern in Kohlenstofffaser/Glasfaser – Hybriddruckbehältern mit polymerem Liner evaluiert.
Dazu wurden Faserverbund – Druckbehälter mittels Schallemissionsmessung bei einer hydraulischen Erstdruckprüfung überwacht, wie sie (ohne Schallemissionsprüfung) generell zur Qualitätssicherung nach der Fertigung von Faserverbund – Druckbehältern gefordert wird.
An Druckbehältern aus einer Serienproduktion wurden die Schallemissionsverläufe registriert und die mittleren Merkmalswerte sowie deren Streuung als Referenz ermittelt. Diese werden mit den Schallemissionsverläufen von Druckbehältern mit gezielt eingebrachten Fertigungsfehlern verglichen.
Bei den Fertigungsfehlern handelt es sich um Fehler, die in der Serienproduktion auftreten können und mit den Methoden der herkömmlichen Qualitätssicherung schwer oder gar nicht nachzuweisen sind.
Alle untersuchten Druckbehälter wurden im Anschluss an die Erstdruckprüfung auf verschiedene Weise bis zum Versagen (Leckage, Bersten) beansprucht. Damit war es möglich, den tatsächlichen Einfluss der Fertigungsfehler auf den Berstdruck bzw. das Ermüdungsverhalten der Behälter zu verifizieren und die Aussagefähigkeit des Schallemissionsverfahrens zu beurteilen.
A comparative analysis of selected standards and guidelines on Acoustic Emission testing published by international and national organisations yields an assessment of the current status of standardisation. Areas where existing documents do not yet exist or appear unsatifactory for some reason are identified and formulated as perspectives for further work. In the future, structural integrity assessment with Acoustic Emission methods is expected to gain in importance.
Im Rahmen von nationalen und europäischen Forschungsvorhaben wurde die Schallemissionsprüfung (SEP) in den letzten Jahren an der BAM zur Prüfung und Zustandsbeurteilung von Composite-Druckbehältern eingesetzt und weiterentwi-ckelt.
Das aktiv arbeitende SEP-Verfahren detektiert bereits frühe, erste Schädigungen mit geringer SE-Intensität, z.B. durch Zwischenfaserbruchversagen. Später einset-zende Faserbrüche oder Delaminationsvorgänge erzeugen sehr starke Schallemissi-onen.
Im Vortrag werden anhand von Beispielen die unterschiedlichen Zielstellungen der SEP bei der Behälterprüfung dargestellt:
- Design-Optimierung von Behälterstrukturen durch Analyse der Schädigungs- entwicklung bei Berstversuchen
- Qualitätskontrolle von Composite-Druckbehältern beim Autofrettageprozess (Fertigung) oder bei der Erstdruckprüfung (Abnahmeprüfung)
- Nachweis von Beschädigungen im Betrieb (Ermüdungsrisse, Impacts, Delami- nationen, Kerben etc.) durch eine Wiederkehrende Druckprüfung
- Zustandsüberwachung (Structural Health Monitoring) zum Online-Nachweis von kritischen Ermüdungszuständen oder aktuellen Beschädigungen.
Das Zukunftspotenzial des Schallemissionsverfahrens besteht vor allem in seinem Einsatz bei der Prüfung und Zustandsüberwachung von Composite-Hochdruck-behältern für die 700 bar-Wasserstofftechnologie aber auch für Faserverbundbau-teile in anderen sicherheitsrelevanten Anwendungen, wie Windkraftanlagen, Luft- und Raumfahrt.
Mode I fracture toughness tests on Double Cantilever Beam specimens from carbon-fibre and glassfibre reinforced polymer-matrix composites were monitored with Acoustic Emission (AE) and loaddisplacement traces and delamination lengths were recorded. AE characterized the kinetics of delamination propagation. The progress of AE activity and AE intensity with load and AE source location plots are used to determine the delamination onset on the microscopic and macroscopic scale.
Energy dissipating processes initiated in the damage zone near the delamination tip. Low Interface adhesion results in lower debonding stresses and larger damage zones compared with composites with good adhesion. Time-dependent linear location of AE sources yields the average length of the damage zone and the average speed of delamination propagation. Parameter analysis has been used empirically for identifying AE source mechanisms. A new Classification Software for transient AE waveforms permits identification of the source mechanism of individual AE signals. A micro-mechanical fracture model based on the AE results describes the contributions of microscopic matrix and Interface mechanisms to the interlaminar fracture energy.