Der Wunsch nach einer flächenhaften Erfassung von Dehnungsfeldern und Spannungsgradienten in kritischen Bauteilbereichen kann von den heute bevorzugt eingesetzten Dehnungsmessstreifen (DMS) nur unzureichend erfüllt werden. DMS erfassen Dehnungsänderungen an den Stellen ihrer Installation in einer vorgegebenen Messrichtung als Mittelwerte über ihre Messlänge. Optische Verfahren zur Erfassung von Spannungsgradienten hatten bisher den Nachteil ihrer schwierigen Anwendbarkeit im Umfeld praktischer Einsatzfälle. Es wird ein neues, von Ettemeyer AG in Elchingen entwickeltes optisches Verfahren vorgestellt, das sich im rauen industriellen Umfeld vorteilhaft einsetzen lässt. Durch seine flächenhafte Verformungserfassung und einfache Anwendbarkeit besitzt es nicht die bekannten Einschränkugen der DMS-Technik. Das Verfahren nutzt das Prinzip der 3D-Laser-Speckle-Interferometrie und konnte erst nach der Verfügbarkeit schneller Prozessoren und leistungsfähiger Speicherelemente für die industrielle Anwendung umgesetzt werden. Das neu entwickelte Gerät erfasst berührungsfrei alle in einer Fläche von ca. 25 x 35 mm eintretenden Verformungsänderungen mit einer maximalen Auflösung von etwa 30 nm. Die heute verfügbaren Methoden zur rechnerischen Ermittlung von Spannungen in belasteten Bauteilen sind häufig auf experimentell ermittelte Randwerte angewiesen, die in vielen Fällen eine Ausgangsbasis der Berechnung sind. Hier eröffnet das ESPI-Verfahren (Ettemeyer Speckle Pattern Interferometry) neue Wege, indem es die aufgenommenen Messwerte online in digitaler Form über eine Schnittstelle der FEM-Berechnung zugänglich macht. Die Zuordnung der skalaren Information eines jeden Messpunkts (Deformation, Dehnung, Spannung) zu einer spezifischen Farbe wird über die sogenannte VRML-Schnittstelle zusammen mit den Konturdaten der Messfläche exportiert. Damit ist eine grafische Überlagerung der gemessenen und berechneten Daten möglich. Bezüglich der Messobjekte bestehen kaum Einschränkungen. Gefordert ist eine diffus reflektierende frei zugängliche Oberfläche. Messungen sind bisher durchgeführt worden an Metallen, Holz, Beton, Keramik, faserverstärkten Kunststoffen und an Verbundwerkstoffen. Stark spiegelnde Oberflächen können zur Begünstigung der diffusen Reflektion mit Kalkpulver eingesprüht werden. Die einfache Handhabung und leichte Einsetzbarkait des vorgestellten Systems wird anhand einer Spannungsanalyse an der Wand des Gehäuses eines Nutzfahrzeugmotors gezeigt.
Ein neues experimentelles Verfahren zur flächenhaften Spannungsanalyse an Fahrzeugbauteilen
New eperimental method for the surface stress analysis on vehicle components
Automobiltechnische Zeitschrift - ATZ ; 104 , 3 ; 232-237
2002
5 Seiten, 7 Tabellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
Spannungsanalyse , Deformation , Dehnung , Dehnungsmessstreifen , optisches Messverfahren , Speckle-Interferometrie , Laserinterferometrie , mechanische Spannung , Koordinatensystem , mechanische Spannungsverteilung , Fahrzeugmotor , Motorgehäuse , rechnerunterstütztes Messverfahren , Festigkeitsprüfung
Ein neues experimentelles Verfahren zur flaechenhaften Spannungsanalyse an Fahrzeugbauteilen
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