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- 8.0 Abteilungsleitung und andere (4)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (3)
- 8.5 Röntgenbildgebung (3)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (2)
- 4 Material und Umwelt (1)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (1)
- 5.0 Abteilungsleitung und andere (1)
Eingeladener Vortrag
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Einleitung
Bei der Detektion von Mikrorissen und der Charakterisierung spezifischer Schädigungen von Polymer- und Kompositwerkstoffen kommt es neben quantitativen Bewertungen auch auf die Analyse von orientierungsabhängigen Struktureffekten an. Am Beispiel typischer Vertreter ausgewählter Materialien (PP/PE, CFK) wird dargestellt, inwieweit das Potential der Röntgen-Refraktions-Topographie vorteilhaft zur umfassenden Materialcharakterisierung genutzt werden kann. Die korrosiven Eigenschaften nichtmetallischer Werkstoffe werden maßgeblich vom mikrostrukturellen Aufbau der verwendeten Materialien bestimmt. Typische Versagens-mechanismen von Faser-Kompositen sind neben der Faserenthaftung vor allem durch Mikrorisse gekennzeichnet, die sich teils parallel, teils senkrecht zu den Fasern in der Matrix ausbreiten. Eine wichtige Anwendung der Röntgen-Refraktions-Topographie umfaßt die orientierungsselektive Detektion von Mikroriß-Oberflächen. Die Nachweisgrenze derartiger Schädigungen erstreckt sich bis zum Nanometerbereich. Definiert herbeigeführte Ermüdungsschäden an Kompositmaterialien lassen sich mit dieser Methode ausgezeichnet erfassen und gestatten eine quantitative Korrelation zu mechanischen Kenngrößen. Mittels schrittweiser Probenabtastung und der ortskorrelierten Speicherung von simultan erfassten Refraktions- bzw. Absorptionszählraten wird ein zweidimensionales Röntgen-Refraktions-Topogramm rekonstruiert, das u.a. die präzise Information der integralen Rissdichte enthält.
Damage State of Characterized Non-Destructively by X-Ray-Refraction-Topography and Ultrasound
(2003)
Damage state of CFRP characterized non-destructively by X-ray-refraction-topography and ultrasound
(2003)
Non-invasive characterisation of intra laminar fatique of carbon fibre composites Aero NDT Forum
(2004)
Structural health monitoring of wind turbine blades by strain measurement and vibration analysis
(2011)
Wind turbine blades have to withstand a high number of load cycles in mostly hard weather conditions over 20 years. In a research project BAM and several partners have designed, evaluated and tested a condition monitoring system for all parts of a wind turbine. At a rotorblade with a length of 58 m fibre bragg grating sensors were applied for in-service strain measurement. Additionally a complex test rig was designed to enable real biaxial loading conditions at a representative test rotor blade to simulate the mechanical loading conditions in the lab. In this test blade with a length of 8 m also fibre bragg grating sensors were implemented to determine their influences for the structure and the condition monitoring system. Vibration measurements were carried out at different test phases. The results were compared with finite element strain and modal analysis.
Structural health monitoring for wind turbine rotor blades by strain measurement and vibration
(2011)
Hinsichtlich Materialermüdung und Betriebsfestigkeit in Faserkunststoffverbunden besteht - verglichen mit anderen Aspekten des Faserverbundleichtbaues – noch erheblicher Forschungsbedarf. Schon weit vor den globalen Festigkeiten des Laminates treten eine Vielzahl von Zwischenfaserbrüchen und vereinzelte Faserbrüche auf. Die Dichte dieser Mikrorisse soll hier als Indikator für den Zustand des Verbundes genutzt werden. Ihre Ermittlung stellt insbesondere bei Kohlenstofffasern eine Herausforderung dar. Über vergleichende Messungen mit der Schallemissionsanalyse (SEA) und der Röntgenrefraktionsscans (RR) wird die Entwicklung der Rissdichte bei Belastung untersucht. Die SEA zeichnet die Entstehung der Risse auf und kann wegen der kompakten Messtechnik auch gut am Bauteil eingesetzt werden. Die RR beobachtet die Änderung der inneren Grenzflächen, die ebenfalls die Entwicklung der Rissdichte widerspiegelt. Sie ist allerdings zurzeit nur als Laborverfahren geeignet. Der Vortrag berichtet(e) über den aktuellen Stand des vergleichenden Einsatzes beider Verfahren an Flachproben und innendruckbelasteten Rohrproben.
Hinsichtlich Materialermüdung in Faserkunststoffverbunden besteht verglichen mit anderen Aspekten des Faserverbundleichtbaues – noch erheblicher Forschungsbedarf. Schon weit vor den globalen Festigkeiten des Laminates treten eine Vielzahl von Zwischenfaserbrüchen und vereinzelte Faserbrüche auf. Die Dichte dieser Mikrorisse soll als Indikator für den Zustand des Verbundes genutzt werden. Ihre Ermittlung stellt insbesondere bei Kohlenstofffasern eine Herausforderung dar. Über vergleichende Messungen mit der Schallemissionsanalyse (SEA) und der Röntgenrefraktionsanalyse (RR) wird die Entwicklung der Rissdichte bei Belastung untersucht. die SEA zeichnet die Entstehung der Risse auf und kann wegen der kompakten Messtechnik auch gut am Bauteil eingesetzt werden Die RR beobachtet die Änderung der inneren Grenzflächen, die ebenfalls eine Entwicklung der Rissdichte widerspiegelt. Sie ist allerdings zurzeit nur als Laborverfahren geeignet. Der Vortrag berichtet über den aktuellen Stand des vergleichenden Einsatzes beider Verfahren an Zugproben und Modellbehältern.
Die Restlebensdauerabschätzung von Faserkunststoffverbunden ist ein ungelöstes
Problem. Die Beobachtung der Matrixschädigung ist dabei ein vielversprechender Ansatz zur Bewertung des Schädigungszustandes insgesamt. Unter kombinierter Beobachtung mit Röntgenrefraktionsmessungen und Schallemissionsmessung wurden uni- und biaxiale Lasten statisch und zyklisch auf Kohlenstofffaserepoxidharz-Proben aufgebracht. Die uniaxiale Belastung erfolgt mittels einer eigenentwickelten Kompaktprüfmaschine direkt während der Röntgenrefraktions- und Schallemissionsmessung in der Röntgenkammer. Die biaxiale Belastung wird an Modelldruckbehältern ebenfalls mit Schallemissionsmessung durchgeführt. Hier wird der Modelldruckbehälter mit dem Röntgenrefraktionsverfahren periodisch inspiziert.
An intermediate-scale fire testing approach on the structural integrity of lightweight materials
(2013)
Carbon or glass über composites and Sandwich structures, the lightweight materials of choice for aviation, naval, offshore and construction show an enormous energy saving potential. Their combination of excellent specific mechanical properties, high corrosive resistance and thermal insulation properties in combination with various adoptable fabrication techniques leading to mass and fuel cost reduction. The most limiting single factor for a wider use of fibre reinforced plastics (FRP) in particular as elements for structural application is believed to be their fire behaviour (Mouritz and Gibson, 2006). FRPs promote burning by themselves consuming the stabilizing polymeric matrix while embedded fibers (glass, carbon) persisting the flame (Mouritz et ah, 2006). Already at elevated temperatures (100 - 200 °C) the matrix softens with a loss in mechanical properties (Perret et al., 2011, Mouritz and Gibson, 2006). For this reason the stability of the structural component is decreased severely. Fire behavior becomes the major hazard to worry about, increasingly demanding targetoriented investigation, suitable testing and tailored development.
Experimental approaches in the bench-scale have been proposed to investigate the structural integrity in the past (La Delfa et al., 2009, Gibson et al., 2010, Seggewiß, 2011, Mouritz and Gardiner, 2002, Schartel et al.). Ascribed to the small-scale neither the mechanical properties nor the effects of fire may be represented satisfactorily. Flence, the task is to perform more realistic investigations under adequate compressive loads in fully developed fires, based on suitable specimen sizes. Also (La Delfa et al., 2009)) have announced that it is evident that larger scale test of composites are needed. The aim of this study is to present a developed intermediate-scale test setup to perform more realistic investigations (Hörold et al.). Mechanical loading is generated by a column furnace in terms of compression due to a more severe response of specimens in fire tests (Seggewiß, 2011, Gibson et al., 2012, Feih et al., 2008, Feih et al., 2007). An oil burner used to determine the burnthrough resistance of thermal/acoustic insulation materials provides fire directly onto one side of the specimen (Federal Aviation Administration, 2003). Generating a fully developed fire the NexGen burner offers a homogenous heat flux of ~ 180 kW/m2. The intermediate-scale is addressed by specimen sizes either 500 x 500 mm or 1000 x 500 mm with a maximum thickness of 50 mm. The specimen attachment is realized by a compression device that was designed to apply the compressive loads, figure 1. The test setup for specimens with component like dimensions allows realistic investigations up to structural failure in absence and presence of fire load. A first test series was carried out with different levels of loading while the fire remained unchanged. Failure mechanisms, temperature distributions, diversity of FRPs regarding fiber, matrix, lay-up and core as well as flame retardant Systems are in the scope of investigation.
Festigkeits- und Ermüdungsverhalten von Faserverbundwerkstoffen, betrachtet im µm- und µs-Maßstab
(2006)