Ziel des Projektes war es, kostengünstige und langlebige Sensoren zur gezielten Dehnungserfassung bereitzustellen und so Leichtbaustrukturen aus Faserverbundkunststoffen (FVK) zu überwachen.
Ein großes Lösungspotential bieten Filamentsensoren auf der Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL). Mit ihrer hohen Standfestigkeit gegenüber zyklischer Dauerbelastung bei gleichzeitig hoher elastischer Dehnbarkeit sowie einer dem Dehnungsmessstreifen (DMS) ähnlichen messtechnischen Umsetzbarkeit vereinen sie gleich mehrere Vorteile gegenüber anderen Systemen. Neben offenen Fragestellungen in Bezug auf das physikalische Verständnis für die Funktionsweise eines entsprechenden FGL-Filamentsensors in einer FVK-Struktur (Anbindung, Materialauswahl, etc.), wurden vor allem anwendungsbezogene Fragestellungen, wie die Konzeption und Umsetzung von konkreten Messelementen, deren Integration und das Handling während der FVK-Fertigung sowie die Messgenauigkeit unter Einsatzbedingungen eingehend untersucht.
Der Proof-of-Concept für die Technologie wurde erbracht. Die elastische Dehnbarkeit (bis 6 %), der k-Faktor (über 5) und die Ermüdungseigenschaften wurden dabei, als wesentliche Kennwerte für Dehnungssensoren, umfassend charakterisiert und sind im Vergleich zu DMS deutlich besser. Da die bisherigen Ermüdungsversuche bei 106 Zyklen (bei 0,8 % Dehnung) abgebrochen wurden, stellen die bisher ermittelten Werte noch nicht die obere Grenze dar, liefern aber bereits einen Nachweis für die bessere Ermüdungsbeständigkeit im Vergleich zu DMS. Die FGL-Sensorik zeichnet sich beim Vergleich zu DMS und Faser-Bragg-Gitter-Sensoren insbesondere durch die deutlich bessere elastische Dehnbarkeit im Vergleich zu DMS aus. Gleichzeitig sind FGL-Sensoren sensitiver als beide Vergleichssensoren.
Aktualisiert: 2022-02-17
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Ein wesentliches Defizit bei der Qualifizierung des Laserstrahlschweißens stellt die unzureichende Kenntnis ortsaufgelöster mechanisch-technologischer Eigenschaften laserstrahlgeschweißter Verbindungen dar. Im Nahtbereich liegen steile Eigenschaftsgradienten vor, so daß zur experimentellen Charakterisierung der Schweißung die Verwendung angepaßter Sensoren erforderlich ist.
Durch die Entwicklung und den Aufbau eines neuartigen Dehnungssensors auf Basis der Digitalen
Speckle Fotografie wird die Voraussetzung geschaffen, um in Zugversuchen die Werkstoffkennwerte einzelner Gefiigebereiche der Lasernaht ortsaufgelöst zu ermitteln. Letztlich werden den Spannungs Dehnungs-Diagrammen des Schweißguts, der Wärmeeinflußzone und des Grundwerkstoffs die jeweiligen statischen Festigkeitseigenschaften entnommen.
Anhand der experimentellen Untersuchungen zeigt sich, daß ein differierendes Deformationsverhalten zwischen spannungsarmgeglühten und thermisch unbehandelten, d. h. eigenspannungsbehafteten, Zugproben vorliegt. Basierend auf Analysen des lokalen Fließbeginns kann der Eigenspannungszustand der thermisch unbehandelten Proben abgeleitet werden. Hierbei ist der exakte Lastspannungszustand in den einzelnen Gefiigebereichen zu berücksichtigen, welcher mit Hilfe numerischer Simulationen zugänglich wird. Durch die Kombination experimenteller und numerischer Analysen wird neben den Festigkeitseigenschaften auch der komplexe Schweißeigenspannungszustand erhalten.
Aktualisiert: 2020-11-19
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