Entwicklung eines mechano-elektrischen Sensorelements zur strukturellen Bauteilüberwachung von Naturfaserverbundwerkstoffen mittels hochfrequenter Wechselströme:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Erlangen
FAU University Press
2024
|
| Schriftenreihe: | FAU Forschungen
Reihe B, Medizin, Naturwissenschaft, Technik ; Band 46 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Volltext Volltext Volltext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | xix, 260 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm, 690 g |
| ISBN: | 9783961477852 396147785X |
| DOI: | 10.25593/978-3-96147-786-9 |
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INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT
.
XIX
1
EINLEITUNG
.
1
1.1
MOTIVATION
.
1
1.2
PROBLEMSTELLUNG
UND
ZIELSETZUNG
.
2
1.3
AUFBAU
DER
ARBEIT
.
4
2
GRUNDLAGEN
.
7
2.1
DER
LEITERWERKSTOFF
KUPFER
.
7
2.1.1
GITTERSTRUKTUR
DES
LEITERWERKSTOFFS
KUPFER
.
8
2.1.2
ELEKTRISCHE
EIGENSCHAFTEN
DES
LEITERWERKSTOFFS
KUPFER
.
8
2.1.3
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
DES
LEITERWERKSTOFFS
KUPFER
.
9
2.2
FASER-KUNSTSTOFF-VERBUND
.
11
2.2.1
FASERVERSTAERKTE
KUNSTSTOFFE
.
12
2.2.2
NATURFASERVERBUNDWERKSTOFFE
.
14
2.2.3
HERSTELLUNGSVERFAHREN
.
15
2.2.4
VERSAGENSMECHANISMEN
VON
FASERVERBUNDWERKSTOFFEN
.
18
2.3
HOCHFREQUENZTECHNIK
.
22
2.3.1
ZWEITOR
.
22
2.3.2
STREUPARAMETER
.
23
2.3.3
LEITUNGSTHEORIE
.
24
2.3.4
SKIN
UND
PROXIMITY-EFFEKT
.
28
2.4
KOMPLEXWERTIGE
RELATIVE
PERMITTIVITAET
.
29
3
STAND
DER
TECHNIK:
LEBENSDAUERVORHERSAGE
MITTELS
HOCHFREQUENTER
WECHSELSTROEME
.
33
3.1
LEBENSDAUERVORHERSAGE
VON
MECHANISCH-DYNAMISCH
BELASTETEN
LEITUNGEN
.
33
3.1.1
MECHANISCHES
SCHAEDIGUNGSVERHALTEN
VON
KABELN
UND
LEITUNGEN
.
33
3.1.2
EINFLUSS
DER OBERFLAECHENRAUHEIT
AUF
DIE
UEBERTRAGUNG
VON
HOCHFREQUENTEN
WECHSELSTROEMEN
.
38
XIII
3.1.3
LEBENSDAUERVORHERSAGE
VON
MECHANISCH
DYNAMISCH
BELASTETEN
LEITUNGEN
MITTELS
HOCHFREQUENTER
WECHSELSTROEME
.
39
3.2
KOMPLEXWERTIGE
RELATIVE
PERMITTIVITAET
VON
NATURFASERVERBUNDWERKSTOFFEN
.
43
3.2.1
KOMPLEXWERTIGE
RELATIVE
PERMITTIVITAET
VON
FLACHSFASERVERBUNDWERKSTOFFEN
.
43
3.2.2
KOMPLEXWERTIGE
RELATIVE
PERMITTIVITAET
VON
WEITEREN
PFLANZENFASERVERBUNDWERKSTOFFEN
.
46
3.3
SENSORTECHNOLOGIEN
ZUR
MECHANISCHEN
UEBERWACHUNG
VON
NATURFASERVERBUNDWERKSTOFFEN
.
47
3.3.1
AKUSTISCHE
SENSORIK
.
48
3.3.2
FASEROPTISCHE
SENSORIK
.
49
3.3.3
PIEZOELEKTRISCHE
SENSORIK
.
50
3.3.4
WEITERE
SENSORTECHNOLOGIEN
FUER
KOHLE
UND
GLASFASERVERBUNDWERKSTOFFE
.
51
3.4
DER
LEITUNGSSENSOR
IM
VERGLEICH
ZUM
STAND
DER
TECHNIK
.
53
4
MECHANISCHES
SCHAEDIGUNGSVERHALTEN
VON
ELEKTRISCHEN
LEITERWERKSTOFFEN
.
55
4.1
METHODIK
ZUR
ANALYSE
DES
SCHAEDIGUNGSVERHALTENS
.
55
4.1.1
PROBENAUSWAHL
FUER
MECHANISCHE
BELASTUNGSPRUEFUNG
.
55
4.1.2
MECHANISCHE
BELASTUNGSPRUEFUNGEN
FUER
LEITERWERKSTOFFE.
56
4.2
OBERFLAECHENRAUHEIT
AUF
KUPFERLEITERN
DURCH
BIEGEBELASTUNG
.
57
4.3
URSAECHLICHE
FAKTOREN
FUER
DIE
AUSBILDUNG
VON
OBERFLAECHEN
RAUHEIT
INFOLGE
MECHANISCHER
BEANSPRUCHUNGEN
.
59
4.3.1
METALLOGRAPHIE
VON
MECHANISCH
BELASTETEN
KUPFERLEITERN
.
59
4.3.2
REM-UNTERSUCHUNG
VON
MECHANISCH
BELASTETEN
KUPFERLEITERN
.
63
4.4
OBERFLAECHENRAUHEIT
DURCH
ALLE
RELEVANTEN
BELASTUNGSARTEN
.
65
4.5
AUSBILDUNG
DER
OBERFLAECHENRAUHEIT
UND
STRUKTURAUSBILDUNG
UEBER
DIE
MECHANISCHE
LEBENSDAUER
EINES
KUPFERLEITERS
.
67
4.5.1
OBERFLAECHENRAUHEIT
IN
ABHAENGIGKEIT
DER
MECHANISCHEN
ALTERUNG
.
67
XIV
4.5.2
STRUKTURAUSBILDUNG
IN
ABHAENGIGKEIT
DER
MECHANISCHEN
ALTERUNG
.
69
4.6
RAUHEITSAUSBILDUNG
VON
LEITUNGEN
UNTERSCHIEDLICHEN
QUERSCHNITTS
.
71
4.7
EINFLUSS
VON
REKRISTALLISATION
AUF
DAS
SCHAEDIGUNGSVERHALTEN
.
76
4.7.1
BESCHREIBUNG
DER
HARTEN
UND
WEICHEN
KUPFERPROBEN
.
76
4.7.2
MODIFIZIERTE
BIEGEPRUEFUNG
NACH
DIN
EN
50396
ZUR
MECHANISCHEN
ALTERUNG
DER
KUPFERPROBEN
.
78
4.7.3
OBERFLAECHENRAUHEIT
DURCH
BIEGEBELASTUNG
.79
4.7.4
METALLOGRAPHIE
DER
HARTEN
UND
WEICHEN
KUPFERPROBEN
.
81
4.8
SCHAEDIGUNGSVERHALTEN
AUSGEWAEHLTER
KUPFER-,
ALUMINIUM
UND
NICKELLEGIERUNGEN
.
83
4.8.1
KUPFERBASISLEGIERUNGEN
.
85
4.8.2
ALUMINIUMBASISLEGIERUNGEN
.
88
4.8.3
NICKELBASISLEGIERUNGEN
.
92
4.9
AUSWAHL
DES
LEITERWERKSTOFFS
FUER
DIE
VERWENDUNG
ALS
ELEKTROMECHANISCHES
SENSORELEMENT
.
96
4.10
ZWISCHENFAZIT
IN
BEZUG
AUF
DIE
SENSORENTWICKLUNG
.
100
5
HF-CHARAKTERISIERUNG
VON
NICHT-IMPEDANZKONTROLLIERTEN
LEITUNGEN
UEBER
DEREN
MECHANISCHE
LEBENSDAUER
.
103
5.1
PROBENAUSWAHL
DER
NICHT-IMPEDANZKONTROLLIERTE
LEITUNGEN
.
104
5.2
MECHANISCHE
UND
ELEKTRISCHE
PRUEF
UND
MESSTECHNIK
.
105
5.2.1
MEHRFACHBIEGEANLAGE
MIT
ZWEI
ROLLEN
.
105
5.2.2
NETZWERKANALYSATOR
UND
IN-SITU
ADAPTER
.
107
5.2.3
BESTIMMUNG
DER
IMPEDANZ
.
108
5.2.4
ZUGPRUEFUNG
.
109
5.3
ELEKTRISCHE
CHARAKTERISIERUNG
DER
LEITUNGEN
.
110
5.4
BETRAG
DER
TRANSMISSION
S21
.
111
5.5
PHASENGANG
DER
TRANSMISSION
S21
.
113
5.6
OPTISCHE
ANALYSE
DES
SCHAEDIGUNGSVERHALTENS
.
115
5.7
EINFLUSS
DER
LAENGUNG
AUF
DIE
TRANSMISSIONSEIGENSCHAFTEN
.
120
5.8
AENDERUNG
DER
EFFEKTIVEN
RELATIVEN
PERMITTIVITAET
.
123
XV
5.9
LUFTSPALT
AN
DER
LEITEROBERFLAECHE
.
124
5.9.1
OPTISCHER
NACHWEIS
LUFTSPALT
.
124
5.9.2
EINFLUSS
LUFTSPALT
AUF
PHASE
.
125
5.10
DISKUSSION
DER
MESSERGEBNISSE
.
129
5.11
ZWISCHENFAZIT
IN
BEZUG
AUF
DIE
SENSORENTWICKLUNG
.
134
6
DIELEKTRISCHE
EIGENSCHAFTEN
VON
NATURFASERVERBUND
WERKSTOFFEN
.
137
6.1
PROBEN
ZUR
BESTIMMUNG
DER
DIELEKTRISCHEN
EIGENSCHAFTEN
.
137
6.2
ELEKTRISCHE
MESSTECHNIK
ZUR
BESTIMMUNG
DER
PERMITTIVITAET
.
139
6.2.1
MESSAUFBAU
FUER
FREQUENZBEREICH
1
KHZ
BIS
200
KHZ
.
139
6.2.2
MESSAUFBAU
FUER
FREQUENZBEREICH
1
MHZ
BIS
1
GHZ
.
141
6.3
MIKROSTRUKTUR
DER
NATURFASERVERBUNDWERKSTOFFE
.
142
6.4
MESSERGEBNISSE
DER
RELATIVEN
KOMPLEXEN
PERMITTIVITAET
.
144
6.5
DISKUSSION
DER
ERGEBNISSE
.
148
6.6
ZWISCHENFAZIT
IN
BEZUG
AUF
DIE
SENSORENTWICKLUNG
.
149
7
LEBENSDAUERVORHERSAGE
VON
NATURFASERVERBUNDWERKSTOFFEN
MITTELS
HOCHFREQUENTER
WECHSELSTROEME
.
151
7.1
ANFORDERUNGEN
AN
SENSORINTEGRATION
UND
PROBENGEOMETRIE
.
151
7.1.1
SENSORKONFIGURATION
ZUR
FUEHRUNG
DER
TEM-WELLE
.
152
7.1.2
PARALLELITAET
DER
SENSORELEMENTE
.
152
7.1.3
LINEARITAET
DER
SENSORELEMENTE
.
152
7.1.4
IMPEDANZANPASSUNG
AN
MESSTECHNIK
.
153
7.1.5
KONTAKTIERUNG
DES
SENSORELEMENTS
.
153
7.1.6
GEOMETRIE
DES
NATURFASERWERKSTOFF-PRUEFKOERPERS
.
153
7.2
NFK-PROBE
MIT
INTEGRIERTEM
LEITUNGSSENSOR
.
153
7.3
MECHANISCHE
UND
ELEKTRISCHE
PRUEFTECHNIK
.
155
7.3.1
3-PUNKT-BIEGEVERSUCH
.
155
7.3.2
NETZWERKANALYSATOR
.
156
7.4
ELEKTRISCHE
CHARAKTERISIERUNG
DER
PROBEN
.
157
7.4.1
BESTIMMUNG
DER
IMPEDANZ
.
157
7.4.2
TEMPERATUREINFLUSS
.
158
XVI
7.5
AENDERUNG
DER
HF-CHARAKTERISTIK
UEBER
DIE
MECHANISCHE
LEBENSDAUER
.
160
7.5.1
STATISCHER
3-PUNKT
BIEGEVERSUCH
ZUR
INHOMOGENEN
SCHAEDIGUNG
.
160
7.5.2
DYNAMISCHER
3-PUNKT-BIEGEVERSUCH
ZUR
HOMOGENEN
SCHAEDIGUNG
.
164
7.5.3
VARIATION
DER
AUSBREITUNGSKONSTANTE
ZUR
BESTIMMUNG
RELEVANTER
EINFLUSSGROESSEN
.
168
7.6
ANALYSE
DES
SCHAEDIGUNGSVERHALTENS
VON
NATURFASERWERKSTOFFEN
MIT
INTEGRIERTEM
LEITUNGSSENSOR
.
170
7.6.1
SCHLIFFBILDER
.
170
7.6.2
DURCHLEUCHTUNG
DER
PROBE
.
171
7.6.3
UCT-UNTERSUCHUNG
.
172
7.6.4
ROENTGENUNTERSUCHUNG
.
173
7.6.5
SHEAROGRAPHIE
.
174
7.7
ZWISCHENFAZIT
IN
BEZUG
AUF
DIE
SENSORENTWICKLUNG
.
176
8
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
.
179
8.1
ZUSAMMENFASSUNG
.
179
8.2
AUSBLICK
.
182
LITERATURVERZEICHNIS
.
185
EIGENE
VEROEFFENTLICHUNGEN
.
209
ANHANG
A:
MECHANISCHES
SCHAEDIGUNGSVERHALTEN
LEITERWERKSTOFFE
215
AI
KURZBESCHREIBUNG:
METALLOGRAPHIE
DES
LEITERWERKSTOFFS
CU-ETP
.
215
A2
KORNGROESSENBESTIMMUNG
DES
KUPFERLEITERS
H07V-U
.
217
A3
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
DES
KUPFERLEITERS
H07V-U
.
218
A4
MECHANISCHES
SCHAEDIGUNGSVERHALTEN
KUPFER-,
ALUMINIUM
UND
NICKELLEGIERUNGEN
.
219
ANHANG
B:
HF-CHARAKTERISTIK
NICHT-IMPEDANZKONTROLLIERTE
LEITUNGEN
.
229
BI
MESSERGEBNISSE
YDYP
2X1,5
MM
2
.
229
XVII
B2
MESSERGEBNISSE
OMYP
2X1,5
MM
2
.
233
B3
MESSERGEBNISSE
LAENGUNG
YDYP
2X1,5
UND
OMYP
2X1,5
.
237
B4
MESSERGEBNISSE
LAUTSPRECHERKABEL
2X1,5
MM
2
.
239
B5
MESSERGEBNIS
OMYP
2X1,5
M
IT
ABWEICHENDER
LAENGE
.240
ANHANG
C:
KOMPLEXWERTIGE
RELATIVE
PERMITTIVITAET
VON
NATURFASERWERKSTOFFEN
.
241
CI
PROBEN
FUER
DIE
BESTIMMUNG
DER
RELATIVEN
PERMITTIVITAET
.
241
C2
MESSAUFBAU
PLATTENKONDENSATOR
FREQUENZBEREICH
1
KHZ
BIS
200
KHZ
.
242
C3
VALIDIERUNG
DER
MESSAUFBAUTEN
MITTELS
PTFE
.
242
ANHANG
D:
MESSERGEBNISSE
LEITUNGSSENSOR
.
243
DI
MESSERGEBNISSE
STATISCHE
BELASTUNG
NATURFASERWERKSTOFF.
.
243
D2
MESSERGEBNISSE
DYNAMISCHE
BELASTUNG
NATURFASERWERKSTOFF.
.
245
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
.
247
TABELLENVERZEICHNIS
.
259
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