Struktur-Lebensdauer-Überwachung von Faser-Kunststoff-Verbunden

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Krausse, Fachbereich Maschinenbau und Kunststofftechnik

Die Lebensdauerüberwachung von Faserverbundbauteilen dient dazu, sichere Konstruktionsbauteile über ihre gesamte Bemessungslebensdauer zu gewährleisten. Sie soll zukünftig ein wichtiger Bestandteil der Wartung von Strukturen aus Faser-Kunststoff-Verbunden werden, um bei den regelmäßigen Inspektionen einer Konstruktion Teilschädigungen der Bauteile nachzuweisen, bevor diese zu einem Totalversagen führen können. Speziell bei Konstruktionen, die auf Schwingbelastung beansprucht werden, ist die Zielrichtung der ausfallsichere Entwurf, bei dem die Schadenstoleranz im Vordergrund steht. Letztendlich geht es um die Beurteilung und die Vorhersage des Versagens der gesamten Struktur.

Bei dem so genannten Structural-Health-Monitoring „SHM“ wird ein Auftreten einer Schädigung erkannt und der Schädigungsfortschritt anschließend überwacht, so dass eine ausreichende Resttragfähigkeit der geschädigten Struktur immer gewährleistet ist. Die regelmäßigen Inspektionen legen den Zeitpunkt des Austauschs des geschädigten Bauteils fest und dienen somit der Realisierung schadenstoleranter und ausfallsicherer Konstruktionen.

Bei dem Vorhaben soll es um langfaserverstärkte Kunststoffe in Sandwichkonfiguration gehen, die zunehmend im Leichtbau eingesetzt werden. Die dort verwendeten Deckschichtlaminate versagen am häufigsten durch Delamination. Eine Erkennung eines solchen Schadens, speziell wenn es sich um lackierte Bauteile handelt, welches der Normalfall ist, ist schwer möglich. Hier setzt das beantragte Forschungsvorhaben an. Denn bereits bei der Herstellung der Bauteile können z.B. Piezofasermodule direkt in den Schichtenaufbau des Laminats eingebracht werden. Dabei fungieren die Module je nach Verschaltung sowohl als Empfänger als auch als Sender. D.h. das Sendemodul erzeugt ein Schwingungssignal, welches das Bauteil durchläuft und vom Empfängermodul aufgenommen wird. Bei Änderung der Laminateigenschaften ergibt sich zwangsläufig auch eine Änderung des Eingangssignals am Empfängermodul. Aber darüber hinaus lässt sich durch geschickte Anordnung der Module auch der Ort der Schädigung im Bauteil bestimmen. Erste Versuche in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und der Firma Degussa AG waren sehr erfolgreich, so dass nun die vorliegenden Ergebnisse auf große Sandwichstrukturen erweitert werden sollen.

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