In diesem Beitrag werden die Ergebnisse eines 2D Ermüdungstests an einer dicken Stahlplatte mit Kerbe gezeigt. Unter Verwendung einer 2,3 MP Kamera in Kombination mit Vic-2D kann eine hohe Dehnungsauflösung von ungefähr 5 – 10 Microstrain erreicht werden.
Im Video werden die Ergebnisse des Ermüdungstests dargestellt.
Die Probe wurde einer wechselnden Biegebelastung über die Zeit ausgesetzt, was die grafische Darstellung veranschaulicht.
Die Firma Marine NDE aus Spanien nutzte die technischen Vorteile unseres Shearografie-Systems für die zerstörungsfreie Untersuchung großer Bereiche. Eine Kombination aus Shearografie-Sensor und Piezoshaker-System zur dynamischen Belastung half den Mitarbeitern, den großen Yacht-Rumpf zu untersuchen (siehe Bild unten). Die Hülle aus hochentwickeltem Verbundwerkstoff und einer Länge von 30,5 m ist Teil einer zukünftigen Hochleistungs-Segelyacht. In drei Arbeitstagen mit nur 240 Messungen konnte die gesamte Hülle aufgrund der vollflächigen Messung des Shearografie-Sensors untersucht werden.
Der Yacht-Rumpf besteht aus einer Verbundmaterial-Konstruktion, bei der insbesondere ein Wabenkern den Innenraum bildet.
Auf der linken Seite – Das Shearogramm eines detektierten Anbindungsfehlers (siehe rotes Oval). Der gelbe Kreis mit dem X markiert die Position für das Bohrloch auf der rechten Seite. Die zerstörende Prüfung bestätigt die Messergebnisse des Shearogramms. Erkennbar ist eine signifikante Ablösung zwischen der Wabenkernstruktur und der Klebefolie.
Untersuchungen des Verhaltens von Metallen während eines dynamischen Hochgeschwindigkeit-Kompressionsereignisses ist seit jeher aufgrund von komplexen Versuchsaufbauten und hohen Datenerfassungsraten eine große Herausforderung. Derzeit steht nur wenig Literatur über das Verformungsverhalten bei Dehnungsraten von 10 bis 500s-1 zur Verfügung. Mit einem Vic-3D HS System und Hochgeschwindigkeitskameras können Oberflächenverschiebungen und Dehnungen vollflächig in drei Dimensionen mit einer hohen Genauigkeit quantifiziert werden. Die Bildkorrelation hat in den letzten Jahren in solchen Hochgeschwindigkeitsanwendungen aufgrund seiner hohen Genauigkeit, Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit große Popularität gewonnen.
In diesem Beispiel wurde eine zylindrische Probe mit einem Durchmesser von 6mm kompremiert. Die Dehnungsrate betrug 50s-1 . Ein Vic-3D HS System erfasst die Oberflächenverschiebungen und Dehnungen während des Versuches. Auf der Probe wird ein zufälliges Specklemuster aufgetragen. Dieses ermöglicht der Analysesoftware einfach und subpixelgenau die Verformung zu verfolgen. Obwohl die Hochgeschwindigkeitskameras in der Lage sind, wesentlich höhere Erfassungsraten zu erreichen, wurde für diesen Test eine geeignete Bildrate von 14,400fps verwendet. Hiermit erreicht man eine maximierte räumliche Auflösung und erhält eine ausreichende Anzahl von Bildern. Die Kameras wurden bei einer Auflösung von 1024 x 400 Pixel getriggert. Im Anschluss an die Messung werden die Bilder auf die Festplatte des Computers übertragen und mit der Vic-3D Analysesoftware nachbearbeitet.
Bilder mit freundlicher Genehmigung von Amos Gilat & Jeremy Seidt an der Ohio State University.
Referenzkoordinaten und Kontur des Mobiltelefons.
Diese Beispiel zeigt die Messung und Analyse der Betriebsschwingungsformen und Starrkörpervibrationsbewegung eines Mobiltelefons, das mit seinem eigenen Vibrationsalarm angeregt wird, beschrieben. Mit dem berührungslosen 3D Vollfeld High-Speed-Bildkorrelationsssytem in Kombination mit dem Vic-3D FFT Modul analysiert man die aufgenommenen Verformungsdaten im Frequenzbereich mit Hilfe der Phasentrennungsmethode.
Die gemessenen Verformungen und Verschiebungen während des Vibrationsalarms werden im Vergleich zum Referenzzustand für jedes Stereobildpaar ausgewertet. In diesem Bespiel beträgt die Aufnahmezeit etwa 5,5 s mit 1000 FPS, dementsprechend erhält man ungefähr 5500 Einzelmessungen.
Die folgende Abbildung zeigt die durchschnittliche Schwingungsamplitude U.
Im Video wird das Segment der Schutzhülle eines Elektrokabels (Isolierung) mit einem Durchmesser von 3mm in einer Zugprüfmaschinen bis zum Versagen gedehnt. Während des Experimentes wird mit digitaler Bildkorrelation eine vollflächige Dehnungsmessung vorgenommen.
Biomechanische Wissenschaftler untersuchten die Kontraktion des vorderen Schienbeinmuskels einer Ratte. Wünschenswert war es, schnell und genau die Gesamtbewegung des Muskels sowie lokale Variationen zu quantifizieren.
Weil die Experimente an lebenden Gewebe durchgeführt werden sollten, war es schwierig herkömmliche Dehnungsmesstreifen anzubringen. Außerdem neigten die Dehnungsmessstreifen dazu, die Bewegungsmessung zu stören. Es war wichtig, möglichst viele Datenpunkte so schnell wie möglich zu erfassen. Marker-Verfolgungen wurde durchgeführt, ergaben aber nur grobe Durchschnittswerte bei großem Zeitaufwand.
Mit dem Vic-3D System ist es möglich, die Kontraktionsdaten über die komplette Muskeloberfläche zu erfassen. Die hohe Geschwindigkeit und einfache Bedienung des Systems ließen es zu, zahlreiche Messungen mit definierten Zeitintervallen durchzuführen. Es kam zu keiner Interaktion mit dem Prüfling und durch die großflächige Messung war es nicht notwendig sich auf einen interessanten Bereich zu beschränken.
Die Messergebnisse boten eine hohe räumliche Auflösung und es konnten zahlreiche Gebiete ermittelt werden, in denen Bündel des Muskelgewebes signifikante Abweichungen in der Muskelkontraktion aufwiesen. Diese Gebiete konnten bisher mit konventionellen Methoden nicht identifiziert werden. Bei den Messungen wurden alle Kalkulationen automatisch durchgeführt, was deutlich Zeit einspart und die Möglichkeit menschlicher Fehler verhindert.
In diesem Beispiel wurde die Bremsscheibe eines Schwerlast-LKWs mit Hilfe eines kleinen Hammers angeregt, um deren Schwingungsformen zu messen. Die dreidimensionalen Betriebsschwingungsformen können mit dem Vic-3D HS Vibrationsanalysesystem leicht identifiziert und vermessen werden. Amplituden im Bereich von 40 Nanometer können bei einer Frequenz von ungefähr 2.000Hz analysiert werden.
Die verbauten Komponenten (im oberen Kurzfilm dargestellt) haben typischer Weise komplexe Wechselwirkungen untereinander. Aufgrund der Bewegung der Teile können die Kontaktstellen während eines Betriebszyklusses variieren. Dies bedeutet, dass es schwierig ist, die Position der oftmals nicht stationären Dehnungspeaks vorherzusagen. Die Bewegung der Bauteile führt teilweise zu einer Beschädigung der elektrischen Verbindung der Dehnungsmessstreifen. Selbst wenn die Positionen stationär und leicht zu lokalisieren sind, können sich die höchsten Dehnungen auf sehr kleine Bereiche konzentrieren oder hohe Gradienten besitzen. Spitzenwerte gehen aufgrund des Mittelungseffektes der Dehnungsmessstreifen gegebenenfalls verloren.
Vic-3D ermöglicht eine Dehnungsmessung über das gesamte Profil des Getriebezahnes. Weil das Programm eine Vollfeldmessung anbietet, war es nicht notwendig sich auf einen bestimmten Punkt zu beschränken. Deshalb konnten die Dehnungspeaks eindeutig visualisiert werden und exakt in verschiedenen Phasen des Betriebszyklus gemessen werden. Weiterhin misst Vic-3D Verschiebungen in drei Dimensionen. Diese Funktion erlaubt unseren Kunden Verdrehungen der Getriebezähne unter Belastung zu erkennen und zu quantifizieren.
Kombination eines speziellen Stereomikroskops mit der digitalen Vic-3D Bildkorrelation zur Untersuchung von elektronischen Komponenten.
Bild 1 – Messaufbau
Das Stereomikroskop wurde auf einem x‑y-z Mikrotisch montiert (siehe hinterer Teil im Bild 1). Die Probe befindet sich in einer Zugmaschine (rechts im Bild 1 zu sehen).
Durchgetrennter Keramik-Kondensatorchip unter Biegebelastung (Bildbreite ca. 4mm):
Bild 2 – Dehnung in x‑Richtung
Bild 3 – Dehnung in y‑Richtung
Bild 4 – Standardabweichung unter Belastung
Bild 5 – 3D Kontur
Die Standardabweichung unter Belastung (Bild 4) weist im mittleren Bereich einen erhöhten Wert im Vergleich zum Referenzzustand auf, verursacht durch eine kleine, lokale Ausbuchtung zwischen dem Chip und dem Board (siehe 3D Kontur unten). Der Grund hierfür kann Material sein, das zwischen den beiden Teilen zusammengepresst wird (eingeschlossen der Farbschicht). Der erhöhte Wert im oberen Bereich der Standardabweichung wird durch eine geringe Speckledichte hervorgerufen.
Airbus baute sich für seine innovativen Flugzeuge, die auf der ganzen Welt für ihre Sicherheit und Effizienz anerkannt sind, in den letzten Jahren einen guten Ruf auf. Diese Qualitätsmerkmale werden durch ein erstklassiges Testprogramm ausgezeichnet, dessen Innovativität auch die Nutzung eines Vic-3D Messsystems beweist.
Eines der Ziele des Airbus Testprogrammes ist die Charakterisierung der strukturellen Beschädigungen, verursacht durch die Kollision des Flugzeuges mit kleinen Projektilen, wie z.B. Vögeln oder anderen Verunreinigungen. Wichtig dabei ist es sicherzustellen, dass die strukturelle Integrität des Flugzeuges erhalten bleibt. Diese Art von Ereignissen können reproduziert werden, indem eine Auswahl von verschiedenen Projektilen auf ein Teilstück des Flugzeuges mit hoher Geschwindigkeit geschossen werden. Mit den erhaltenen Messergebnissen werden die Computermodelle mit der Struktur verglichen und gegebenenfalls optimiert, was hochoptimierte, sichere Designs zur Folge hat.
Dr. Richard Burguete, experimenteller Mechanikspezialist von Airbus UK seit 1997, erklärt die Vorteile dieser Vorgehensweise wie folgt: “Das Vic-3D System gibt uns die Sicherheit zu wissen, dass wir alle relevanten Daten erfasst haben. Einige von ihnen wären anderweitig unerreichbar gewesen.”
