Schadensidentifikation und -bewertung von CFK-Bauteilen mittels phasenmodulierter Thermographie:
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2012
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INHALTSVERZEICHNIS
ABKUERZUNGEN UND INDIZES V
ABBILDUNGSVERZEICHNIS XIII
TABELLENVERZEICHNIS XIX
1 EINLEITUNG 1
1.1 PROBLEMSTELLUNG UND MOTIVATION 1
1.2 ZIELSETZUNG 3
1.3 GLIEDERUNG DER ARBEIT 4
2 STAND DER WISSENSCHAFT UND TECHNIK 7
2.1 QUALITAETSSICHERUNGS- UND PRUEFMETHODEN FUER FASERVERBUNDWERKSTOFFE . 7
2.2 ZERSTOERUNGSFREIE PRUEFMETHODEN 9
2.3 MOEGLICHKEITEN UND GRENZEN VON ZFP-VERFAHREN 17
2.4 SCHADSTELLENDETEKTION UND -BEWERTUNG 19
3 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN FUER THERMISCHE UND AKUSTISCHE ZFP SYSTEME 2 3
3.1 ANALYSE THERMISCHER WELLEN ZUR BESCHREIBUNG THERMISCHER ZFP SYSTEME
23 3.1.1 BEGRIFFSDEFINITION 23
3.1.2 GRUNDPRINZIP DER LOCK-IN THERMOGRAPHIE 26
3.1.3 MOEGLICHE ALTERNATIVEN ZU KONVENTIONELLEN LOCK-IN SYSTEMEN . 31 3.2
GRUNDLAGEN DER MATERIALPRUEFUNG MITTELS ULTRASCHALL 32
3.2.1 AUSBREITUNG VON FESTKOERPERWELLEN 33
3.2.2 STREUUNGSPHAENOMENE UND INTERAKTION MIT INHOMOGENITAETEN . . 34
3.2.3 VISUALISIERUNG VON INHOMOGENITAETEN 36
4 SEQUENTIELLE PHASENMODULIERTE THERMOGRAPHIE (SPT) 3 9
4.1 HAUPTKOMPONENTEN DER PRUEFMETHODE 39
4.1.1 MODULARES ANREGUNGSMODUL 39
4.1.2 INFRAROTSENSOR 41
4.2 MESSPRINZIP UND MESSAUFBAU 42
4.3 AUSWERTUNGSMETHODIK 47
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IMAGE 2
II
INHALTSVERZEICHNIS
5 SIMULATIONSMODELL ZUR BEWERTUNG EXPERIMENTELLER ERGEBNISSE DER S P T
METHODE 4 9
5.1 GRUNDLAGEN FUER DIE NUMERISCHE BETRACHTUNG THERMISCHER PRUEFSYSTEME 49
5.1.1 FINITE ELEMENTE METHODE (FEM) 49
5.1.2 MODELLIERUNG THERMISCHER WELLEN 51
5.2 MODELLIERUNG UND SIMULATION DER REFERENZPLATTE 54
5.2.1 SCHEMATISCHER AUFBAU 54
5.2.2 MODELLIERUNG UND VERNETZUNG 57
5.2.3 SIMULATIONSRANDBEDINGUNGEN 60
5.2.4 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 62
6 ZERSTOERUNGSFREIE PRUEFUNG EBENER UND GEKRUEMMTER BAUTEILE 69 6.1
SCHADENSARTEN BEI FASERVERBUNDWERKSTOFFEN 69
6.2 SCHADENSEINBRINGUNG 70
6.2.1 IMPACTSCHAEDEN 71
6.2.2 FERTIGUNGSFEHLER 73
6.2.3 THERMISCHE DEGRADATION 76
6.3 BEWERTUNG DER DETEKTIONSFAEHIGKEIT ANHAND UNTERSCHIEDLICHER SCHAEDI
GUNGSTYPEN, -GROSSEN UND -GEOMETRIEN IN VERSCHIEDENEN TIEFEN . . . . 79
6.3.1 AKUSTISCHE ANALYSE 79
6.3.2 SEQUENTIELLE PHASENMODULIERTE THERMOGRAPHIE (SPT) 86 6.3.3
DETEKTIONSGRENZEN BEIDER TESTVERFAHREN 94
7 SCHADENSIDENTIFIKATION UND -STATISTIK 101
7.1 SCHWELLWERTBILDUNG UND UNTERDRUECKUNG VON STOERSTELLEN 101 7.2
BESTIMMUNG DER SCHADENSFLAECHE BEI GEKRUEMMTEN STRUKTUREN 104 7.2.1
EINFACHKRUEMMUNG 104
7.2.2 MEHRFACHKRUEMMUNG 107
7.3 KOMBINATION VON EINZELMESSUNGEN 110
7.4 DEFINITION STATISTISCHER BEWERTUNGSPARAMETER 114
8 BEWERTUNG DES MECHANISCHEN VERHALTENS BEIM VORHANDENSEIN VON SCHAEDEN
117
8.1 MECHANISCHE SCHADENSCHARAKTERISIERUNG 117
8.1.1 BEWERTUNGSMETHODEN 118
8.1.2 EINFLUSSPARAMETER AUF DIE REDUKTION MECHANISCHER KENNWERTE BEIM
VORHANDENSEIN VON SCHAEDEN 124
8.1.3 BERUECKSICHTIGUNG DER EINFLUSSPARAMETER IN FORM EINES VER
GLEICHSWERTES 135
8.2 GRAFISCHE DARSTELLUNG VON IDENTIFIZIERTEN UND BEWERTETEN SCHAEDEN . .
136 8.3 PRAKTISCHE UMSETZUNG 137
8.3.1 IMPLEMENTIERUNG 138
8.3.2 GRAFISCHE BENUTZEROBERFLAECHE (GUI) 142
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS III
9 VALIDIERUNG DES IDENTIFIKATIONS- UND BEWERTUNGSPROZESSES ANHAND RE
PRAESENTATIVER ANWENDUNGSBEISPIELE 147
9.1 SCHADENSBEWERTUNG AN STARK GEKRUEMMTEN STRUKTUREN AM BEISPIEL EI NES
HOCHLEISTUNGSFAHRRADRAHMENS 147
9.1.1 SIMULATIONSMODELL 148
9.1.2 BESTIMMUNG DES LOKALEN BEANSPRUCHUNGSZUSTANDES 149 9.1.3
VERSUCHSAUFBAU ZUR EINBRINGUNG DES SCHLAGSCHADENS 150 9.1.4 PRUEFSTAND
FUER ERMUEDUNGSUNTERSUCHUNGEN 151
9.1.5 ERGEBNISSE DER IDENTIFIKATIONS-UND BEWERTUNGSMETHODE . . . 152
9.1.6 VALIDIERUNG DER ERGEBNISSE MIT ERMUEDUNGSUNTERSUCHUNG . . . 153 9.2
KOMBINATION VON EINZELMESSUNGEN UND SCHAEDIGUNGSSTATISTIK AM BEI SPIEL
EINES INTEGRALEN CFK PANELS 154
9.2.1 VERSUCHSAUFBAU ZUR EINBRINGUNG VON SCHLAGSCHAEDEN 155 9.2.2
SIMULATIONSMODELL 156
9.2.3 BESTIMMUNG DES LOKALEN BEANSPRUCHGUNGSZUSTANDS 158 9.2.4
ERGEBNISSE DER VISUELLEN INSPEKTION 159
9.2.5 ERGEBNISSE DES KOMBINATIONS-UND IDENTIFIKATIONSPROZESSES 160
10 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 165
LITERATURVERZEICHNIS 169
APPENDIX 177
A.L APPROXIMATIONSPARAMETER: EINFLUSS DER BAUTEILKRUEMMUNG 177 A.2 CFK
REFERENZPLATTE 178
A.3 FLUSSDIAGRAMM ZUR SCHADSTELLENBEWERTUNG 186
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