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Zerstörungsfreie und kontaktlose Materialforschung

Der richtige Werkstoff bzw. das richtige Material an der richtigen Stelle sind entscheidend für die Qualität, die Lebensdauer, das Gewicht und damit schlussendlich für den Erfolg des Endproduktes. Optomet Laser Doppler Vibrometer leisten auf der ganzen Welt wichtige Beiträge bei der systematischen Suche nach neuen Erkenntnissen auf dem Gebiet der Materialforschung. Sei es bei der Bestimmung von Materialparametern oder bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung kurz ZfP (engl. non-destructive testing/non-destructive inspection, kurz NDT bzw. NDI). Kontaktlose Messmethoden sind hierbei von besonderer Bedeutung, da diese die Materialcharakteristika nicht beeinflussen und im Vergleich zu kontaktbasierten Messmethoden, wie z.B. mithilfe eines Beschleunigungssensors, eine unverfälschte Materialprüfung ermöglichen.

Zerstörungsfreie Prüfung von Materialen (NDT)

Faserverbundwerkstoffe gewinnen in der Bauteilfertigung immer mehr an Bedeutung, um Gewicht zu reduzieren und hohe spezifische Steifigkeiten zu erreichen. Beispiele sind die Fertigung von Flugzeugtragflächen in der Luftfahrt oder Karosserieteilen in der Automobilindustrie. Delaminationen oder Risse müssen während der Fertigung oder bei Wartungskontrollen rechtzeitig lokalisiert werden, um vorzeitige Materialermüdungen zu vermeiden. Bei hochfrequenter Anregung dünnwandiger Faserverbund-Platten, beispielsweise durch Piezoelemente, entstehen unter anderem Lamb-Wellen (kurzwellige Oberflächenwellen). Diese interagieren mit Störstellen im Material, wodurch es zu Inhomogenitäten in der Wellenausbreitung oder zu lokalen Resonanzen kommt (Lokale Defekt Resonanz - LDR).

Laser Doppler Vibrometer der SCAN-Serie von Optomet können die phasengleiche Ausbreitung der Wellen an jedem Messpunkt auf der Materialoberfläche detektieren und somit Defekte im Material zerstörungsfrei visualisieren, welche mit dem bloßem Auge nicht erkennbar sind. Der interne Signalgenerator kann beliebige Signalformen erzeugen, die zur Anregung der Bauteile genutzt werden können, wie Pulse oder Frequenz-Sweeps. Die OptoSCAN Software dient zur Durchführung der gesamten Messung von der Einstellung der Messkanäle über die Festlegung der Messpunkte bis hin zur Visualisierung und Analyse der Messdaten im Frequenz- und Zeitbereich. Mithilfe der Exportfunktion lassen sich die Daten in Standardformate, wie UFF, HDF5 und mat-files (MATLAB) exportieren und somit weiterverarbeitet werden.

Praktisches Beispiel

Durch den Einsatz des Optomet Scanning Vibrometers werden auf der Rückseite einer CFK-Platte eingebrachte Defekte detektiert. Der interne Signalgenerator erzeugt einen Rechteckpuls zur Anregung eines Piezoaktuators, der an der CFK-Platte befestigt ist. Die sich vom Piezoelement (unten Mitte) ausbreitenden Wellen interagieren mit den zwei Defekten, wodurch sie aufgrund von lokal höheren Amplituden (Lokale Defekt Resonanzen) im Zeit- und Frequenzbereich sichtbar werden.

Split Hopkinson Bar (SHPB)

Ein Split-Hopkinson-Bar-Versuch ist ein Verfahren zur Materialprüfung, mit dem Materialeigenschaften unter dynamischen Bedingungen ermittelt werden. Der Prüfling (z.B. ein Beton zylinder oder ein Verbundwerkstoff) befindet sich dabei zwischen zwei Stäben, dem Incident Bar und dem Transmission Bar. Ein beschleunigter Striker trifft auf den Incident Bar und verursacht dort einen Stoßimpuls. Die entstehende Welle durchläuft den ersten Stab und trifft anschließend auf die Materialprobe, welche ebenfalls von der Welle durchlaufen wird und diese wiederum an den zweiten Stab (Transmission Bar) weitergibt.

Laser Doppler Vibrometer (LDV) von Optomet sind dank ihrer hohen Abtastrate von 160 MSamples/s und eines Dynamikbereichs von über 220 dB das perfekte Messwerkzeug, um den zeitlichen Verlauf dieser hochdynamischen Stoßimpulse zu vermessen.

 

 

Identifikation von Lokalen Defekt Resonanzen auf einer CFK-Platte

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