Simulationsbasierte Bestimmung der Risstiefe in austenitischem Stahl unter Anwendung der induktiv angeregten Thermografie:
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Dresden
TUDpress
2013
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG UND ZIELSTELLUNG 1
2 STAND DER WISSENSCHAFT UND TECHNIK 4
2.1 INFRAROTDETEKTOREN ALS GRUNDLAGE THERMOGRAFISCHER PRUEFVERFAHREN 4
2.2 BISHERIGE MOEGLICHKEITEN DER DETEKTION VON OBERFLAECHENRISSEN 7
3 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 9
3.1 THERMOGRAFISCHE GRUNDLAGEN 9
3.1.1 EINTEILUNG DER THERMOGRAFIE 12
3.1.2 ANREGUNGSMECHANISMEN 13
3.1.3 PHASEN DER AKTIVEN THERMOGRAFIE 22
3.1.4 ANWENDUNGSBEISPIELE THERMOGRAFISCHER PRUEFVERFAHREN 23
3.2 THERMISCHE GRUNDLAGEN 24
3.2.1 WAERMELEITUNG (KONDUKTION) 26
3.2.2 WAERMEUEBERGANG (KONVEKTION) 30
3.2.3 WAERMESTRAHLUNG 31
3.3 ELEKTROMAGNETISCHE GRUNDLAGEN 33
3.3.1 FREQUENZABHAENGIGE EINTEILUNG DER ELEKTROMAGNETISCHEN FELDER 33
3.3.2 MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG ELEKTROMAGNETISCHER FELDER 34
3.3.3 MAGNETFELDBERECHNUNG EINER ZYLINDERSPULE 37
3.3.4 STROMDICHTEVERTEILUNG INDUZIERTER WIRBELSTROEME 40
3.3.5 ELEKTROMAGNETISCHE EFFEKTE 42
3.3.6 TEMPERATURVERTEILUNG AN DER BAUTEILOBERFLAECHE 45
4 ABLAUF DER AUTOMATISIERTEN PRUEFUNG 50
4.1 BESCHREIBUNG DES MESSAUFBAUS 50
4.2 BETRACHTUNG DER PRUEFPARAMETER 53
4.3 TESTOBJEKTE DER INDUKTIV ANGEREGTEN THERMOGRAFIE 55
4.3.1 KUENSTLICH HERGESTELLTE TESTOBJEKTE 56
VII
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4.3.2 BESTIMMUNG DER OBERFLAECHENRAUHEIT DER KUENSTLICH HERGESTELLTEN
TESTOBJEKTE 58
4.3.3 TESTOBJEKTE AUS DEM STRANGGUSSVERFAHREN 61
4.3.4 BESTIMMUNG DER OBERFLAECHENRAUHEIT DER TESTOBJEKTE AUS DEM
STRANGGUSSVERFAHREN 62
5 VORGEHENSWIESE ZUR BESTIMMUNG DER RISSTIEFE 67
5.1 TEMPERATURVERTEILUNG AN DER BAUTEILOBERFLAECHE 67
5.2 REFERENZWERTERMITTLUNG DURCH SIMULATIONEN UND MESSUNGEN 68
5.2.1 VORGEHENSWEISE ZUR REFERENZWERTERMITTLUNG 68
5.2.2 LIMITATION DER MESSWERTAUFNAHME DURCH DIE INFRAROTKAMERA 71
5.2.3 SIMULIERTE UND GEMESSENE REFERENZWERTE 72
5.2.4 EIGENSCHAFTEN DER REFERENZKURVEN 75
5.3 BESTIMMUNG DER TIEFE VON NUTEN UND RISSEN MIT DER INDUKTIV
ANGEREGTEN
THERMOGRAFIE 75
5.4 METHODEN ZUR AUSWERTUNG DER TIEFE ANHAND VON SIMULATIONSERGEBNISSEN
78
5.4.1 BESTIMMUNG DER TIEFE DURCH APPROXIMATION EINER LINEAREN FUNKTION
79
5.4.2 BESTIMMUNG DER TIEFE MIT MITTELWERTBILDUNG 80
5.4.3 BESTIMMUNG DER TIEFE MIT REFERENZVORGABE 81
5.4.4 BESTIMMUNG DER TIEFE MIT EINEM POLYNOM 4-TEN GRADES 82
5.4.5 ZUSAMMENFASSUNG UND VERGLEICH DER METHODEN 83
6 SIMULATIONSBASIERTE TIEFENBESTIMMUNG DER INDUKTIV ANGEREGTEN
THERMOGRAFIE
MIT DER SOFTWARE ANSYS 85
6.1 EINTEILUNG UND AUFBAU DER SIMULATION 86
6.2 BESCHREIBUNG DES SIMULATIONSMODELLS 88
6.3 VORBETRACHTUNGEN ZUR SIMULATION DER TEMPERATURVERTEILUNG 91
6.4 SIMULATIONSERGEBNISSE MODELLIERTER NUTEN 93
6.4.1 ABHAENGIGKEIT DER TEMPERATURVERTEILUNG VON DER ANREGUNGSZEIT 93
6.4.2 ABHAENGIGKEIT DER TEMPERATURVERTEILUNG VON DER BREITE EINER NUT 94
VIII
6.4.3 ABHAENGIGKEIT DER TEMPERATURVERTEILUNG VON DER TIEFE EINER NUT 95
6.4.4 ABHAENGIGKEIT DER TEMPERATURVERTEILUNG VON DER ANREGUNGSFREQUENZ 97
6.5 SIMULATIONSERGEBNISSE MODELLIERTER RISSE 99
6.5.1 SIMULATION EINER VEREINFACHTEN RISSFORM 99
6.5.2 SIMULATION EINER RISSFORM 101
6.5.3 SIMULATION EINER SPEZIELLEN RISSFORM 103
6.6 BETRACHTUNG DER OBERFLAECHENRAUHEIT 106
7 VERGLEICHSUNTERSUCHUNGEN DURCH MESSUNGEN 109
7.1.1 MESSUNGEN AN HERGESTELLTEN TESTOBJEKTEN MIT NUTEN 109
7.1.2 MESSUNGEN AN TESTOBJEKTEN AUS DEM STRANGGUSSVERFAHREN 114
7.1.3 METALLOGRAFISCHE BESTIMMUNG DER RISSTIEFE 118
7.1.4 DARSTELLUNG WEITERER FEHLERARTEN 119
7.2 DISKUSSION UND VERGLEICH DER SIMULATIONEN UND MESSUNGEN 123
7.3 SCHLUSSFOLGERUNGEN AUS DEN DURCHGEFUEHRTEN SIMULATIONEN UND MESSUNGEN
124
8 FEHLERBETRACHTUNGEN 128
8.1 URSACHEN FUER FEHLINTERPRETATIONEN BEI MESSUNGEN 128
8.2 URSACHEN FUER FEHLINTERPRETATIONEN BEI SIMULATIONEN 133
8.3 UNTERSUCHUNG VERSCHIEDENER FEHLEREINFLUESSE 134
8.3.1 BETRACHTUNG DER FREQUENZABHAENGIGKEIT DES THERMISCHEN KONTRASTES
134
8.3.2 BETRACHTUNG DES EMISSIONSGRADES 137
9 ZUSAMMENFASSUNG 143
10 AUSBLICK 147
11 LITERATURVERZEICHNIS 149
12 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 157
13 TABELLENVERZEICHNIS 164
IX |
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