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The aim of this study is to compare two different standardized testing procedures, tensile testing and Mode-I double cantilever beam (DCB) testing, to evaluate a possible correlation between the dominant failure in glass fibre-reinforced plastics and their according acoustic emissions (AE). AE is processed by using a burst collection of all recorded transient signals and is further analysed with the k-means clustering algorithm. To generate damage related AE, a series of experiments for tensile testing and Mode-I DCB testing is performed on 16-layer glass fibre/epoxy specimens with a cross-ply lay-up for tensile and an unidirectional lay-up for Mode-I DCB testing. Three sensors at tensile testing and one sensor at Mode-I DCB testing gather AE data. The results of clustered burst signals show a good accordance between both testing procedures, with a similar weighted peak frequency (WPF) range in each classified cluster. In total, three different clusters are determined. An assignment of these three clusters to the three dominant damage mechanisms, visually observed by microscopy, is suggested.
Additive Fertigung hat sich in zahlreichen industriellen Anwendungen etabliert und bildet eine wichtige Schlüsseltechnologie. Im Gegensatz zu metallischen Werkstoffen, haben additiv gefertigte Bauteile aus Kunststoffen geringere Festigkeit und Steifigkeit, sodass sich ihre Verwendung als lasttragende Strukturen schwierig gestaltet. Insbesondere der Einsatz von endlosen Verstärkungsfasern kann die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Strukturen signifikant verbessern und die Fertigung hochbelastbarer Faserverbundstrukturen im 3D-Druckverfahren ermöglichen. Daher gilt es aktuell notwendige Anlagen und Prozessketten für den Fertigungsprozess aber auch Vorgehensweisen für die belastungsoptimierte Auslegung der Faserverläufe innerhalb des Bauteils zu entwickeln, um so das Themengebiet „Endlosfaserverstärkter 3D-Druck“ weiter voranzutreiben. Für mehr räumliche Freiheit bei der Positionierung der Druckbahnen können industrieroboterbasierte Systeme eingesetzt werden, um so das Potenzial gerichteter Bauweise von Faserverbundstrukturen auch im additiven Fertigungsprozess vollumfänglich ausschöpfen zu können. Dabei ermöglicht ihr Einsatz auch eine räumliche Ablage der Faserverstärkung, wobei für die Materialablage ein geeigneter 3D-Druckkopf erforderlich ist. Für die Implementierung der Faserverstärkung ist zudem eine dem Lastfall entsprechende Auslegung des Bauteils sowie die Ermittlung einer sinnvollen Faserpositionierung innerhalb des Bauteils erforderlich, wobei unterschiedliche Variablen aus den Bereichen Material, Struktur und Fertigungsprozess berücksichtigt werden müssen. Im Rahmen des Vortrages werden die Herausforderungen der Technologieentwicklung des endlosfaserverstärkten 3D-Drucks aufgegriffen sowie auf eine belastungsorientierte Faserpositionierung näher eingegangen. Aktuelle Erkenntnisse werden diskutiert sowie eine Entwurfsmethodik für die Prozesspfadgenerierung vorgeschlagen.
We present the application of plasma actuators as a technology for ice prevention at airfoils. The miniaturized dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators (PA) were fabricated by means of microelectromechanical systems (MEMS). We elucidate how to make the actuator samples scalable and applicable to any desired shape by the use of flexible inorganic zirconia substrates. For this purpose, we applied our developed embedding method to integrate the micro actuators in modern carbon/glass fiber reinforced polymer (CFRP/GFRP) materials. Next, the embedded actuator samples were mounted on a mechanical air profile-like fixture and placed in the icing wind tunnel iCORE. The samples were tested in rime ice conditions at temperatures of -15 to -20° C and air speeds up to 30 m/s. Unlike other groups we used a thin film zirconia substrate as dielectric for the plasma actuator. Due to the low substrate thickness of just 150 µm, an operating voltage of 2 kVRMS is already sufficient enough for a stable plasma formation. The experiments show that the operated actuator was able to prevent the ice formation and first indications of a De-icing function were also found. Hence, we show that it is feasible to realize an anti-icing system with zirconia-based plasma actuators operated at lower voltages compared to conventional ones.
Die in Flugvorausrichtung weisenden Bauteile von Luftfahrzeugen sind oftmals durch Einschläge aufgrund von Vogelschlag, Hagel oder aufgewirbelten Kleinteilen gefährdet. Diese Einschläge, sogenannte Impacts, weisen bei faserverstärkten Kunststoffen ein stark krümmungs- und materialabhängiges Verhalten und Schadensausmaß auf. Impact-Schädigungen führen oftmals zu hohen Reparaturkosten, welche durch eine genauere Kenntnis des Schadens verringert werden können. Zur Klassifizierung dieser Schädigungen steht dabei vor allem das auftretende Frequenz signal des Impacts im Fokus der Untersuchungen.