Verformungsmessung

Aerospace Anwendungsbeispiel

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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.

aerospace_2_notitle-300x224Dr. 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.”

z.f.P mit dynamische Anregung am Hitzeschild eines Raumgleiters

Historische Messung (1998–2000)

Die­ses Bei­spiel kom­bi­niert die She­aro­gra­phy mit der dyna­mi­schen Erre­gung durch ein Pie­zos­ha­ker Modul für die zer­stö­rungs­freie Prü­fung an einem Hitz­schild. Das Hit­ze­schild wur­de für das ursprüng­lich für die ISS vor­ge­se­he­ne Ret­tungs­fahrs­hut­tle X38 aus C‑Si_C (Koh­len­stoff­fa­ser-Sili­zi­um Ver­bund­werk­stoff) vom Deut­sche Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt e. V. (DLR) in Stutt­gart ent­wi­ckelt. Die Dela­mi­na­tio­nen und Fehl­stel­len wer­den beim Sweep auf­grund ihrer loka­len Schwin­gungs­mo­den sicht­bar (wie auch die Eigen­schwin­gungs­mo­den ent­spre­chend des Pha­sen­re­so­nanz­ver­fah­rens). Heu­te wird das Ver­fah­ren bzw. der Effekt bezüg­lich der Fehl­stel­le auch als LDR (loka­le Defekt­re­so­nanz bzw. local defect reso­nance) bezeichnet.

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Das Pie­zos­ha­ker-Model wird zur ein­fa­chen Hand­ha­bung mit­tels eines Saug­fu­ßes an der Objekt­ober­flä­che befestigt
(a) Pie­zos­ha­ker Modul, (b) das Hit­ze­schild eines Space­shut­tles X38 © Space­shut­tle X38 vor dem Abwurf zu einem Testflug.

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Das Bild zeigt die Eigen­schwing­form unter Anre­gung des Hit­ze­schil­des bei 1400 Hz.

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Die mar­kier­ten Berei­che des Bil­des zei­gen loka­le Schwin­gungs­for­men von Dela­mi­na­ti­ons­be­rei­chen (Fehls­ten) bei den Fre­quen­zen 10kHz bzw. 18 kHz.

Vic-3D High-Speed Vibrations Analyse System

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Das Vic-3D™  High-Speed Vibra­ti­ons Ana­ly­se Sys­tem von Cor­re­la­ted Solu­ti­ons ist eine neue Ergän­zung zur bestehen­den Vic-3D Pro­dukt­li­nie. Vic-3D Vibra­ti­on ermög­licht eine voll­flä­chi­ge 3D-Anzei­ge, sowie die Mes­sung und Ana­ly­se von tran­si­en­ten Events. Eine Voll­feld-Betriebs­schwin­gungs­ana­ly­se kann im Fre­quenz­spek­trum ein­fach beob­ach­tet wer­den und erreicht Genau­ig­kei­ten bis in den Nanometerbereich.

Bei dem Bild oben links han­delt es ich um Modell-Flug­zeug, das einem tran­si­en­ten Vibra­ti­ons­er­eig­nis aus­ge­setzt wur­de. Die gemes­se­nen 3D-Schwin­gungs­da­ten wer­den im rech­ten Bild als 2D ‑Kon­tur-Über­la­ge­rung dar­ge­stellt. Die Daten-Über­la­ge­rung ermög­licht dem Anwen­der genau zu über­prü­fen, wie groß die Ver­for­mun­gen bezo­gen auf den Ort sind. Die­se Infor­ma­tio­nen ste­hen für jede Fre­quenz, bei der Schwin­gungs­for­men auf­tre­ten, zur Verfügung.

Die Ani­ma­ti­on unten zeigt eine Betriebs­schwin­gungs­form, die mit dem Vic-3D Vibra­ti­ons Ana­ly­se-Sys­tem auf­ge­nom­men wur­de. Drei­di­men­sio­na­le Ver­for­mun­gen, Deh­nun­gen, Geschwin­dig­kei­ten und Beschleu­ni­gun­gen kön­nen mit der Ana­ly­se­soft­ware berech­net wer­den. Die Ergeb­nis­se kön­nen aber nicht nur gra­phisch dar­ge­stellt wer­den, das Sys­tem ermög­licht den Anwen­der quan­ti­ta­ti­ve Daten (ASCII, Mat­Lab, CSV, etc.) über das Pro­ben­ver­hal­ten für eine FEM-Ana­ly­se oder Über­prü­fung zu expor­tie­ren. Die 3D Ani­ma­ti­on des Model-Flug­zeu­ges mit einer Betriebs­schwin­gungs­form bei 441 Hz weist ledig­lich eine Ver­schie­bungs­am­pli­tu­de von 12µm auf.

 

 

Film Vibration3D_W_431Hz

Was ist eine transiente Schwingungsanalyse? 

Eine tran­si­en­te Schwin­gungs­ana­ly­se ist der Pro­zess der Über­wa­chung, Mes­sung und Zustands­ana­ly­se einer Pro­ben wäh­rend eines tran­si­en­ten Ereig­nis­ses. Die Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten kön­nen zusätz­lich durch die Ana­ly­se der Betriebs­schwin­gungs­for­men sowie der Eigen­for­men unter­sucht wer­den. Die­se voll­flä­chi­gen 3D-For­men kön­nen wert­vol­le Infor­ma­tio­nen lie­fern, um das Gleich­ge­wicht einer Pro­be, die Ver­schie­bun­gen, die Ver­bie­gung,  die Stei­fig­keit und die Gesamt­pro­dukt­per­for­mance zu opti­mie­ren. Die Mes­sung von Betriebs­schwin­gun­gen kann dabei hel­fen, die Fra­ge zu beant­wor­ten, wie viel sich eine Struk­tur tat­säch­lich bei einer spe­zi­el­len Fre­quenz bewegt.

 

Warum ist das für Sie wichtig?

Betriebs­schwin­gungs­ana­ly­sen von tran­si­en­ten Ereig­nis­sen kön­nen auf­klä­ren, ob die Pro­be ungleich­mä­ßi­ge Dicken, Ober­flä­chen­un­re­gel­mä­ßig­kei­ten, Schwach­stel­len, Ris­se oder ande­re Feh­ler auf­weist. Die­se Infor­ma­tio­nen hel­fen an jedem Punkt Ihres Pro­zes­ses, z.B. beim Schrei­ben von Pro­jekt­vor­schlä­gen oder Veröffentlichungen.

Das Vic-3D High-Speed Vibra­ti­ons Ana­ly­se System

  • besitzt ver­tret­ba­re Anschaffungskosten.
  • kann ver­wen­det werden: 
    • für die Erzeu­gung und Über­prü­fung von  FE Model­len, wenn neue Bau­tei­le oder Gerä­te kon­tru­iert werden.
    • wäh­rend des Ent­wick­lung- und Kontruktionsprozesses.
    • in der Produkttestphase.
    • für eine Qua­li­täts­kon­trol­le in der Fertigung.
    • für die Bestä­ti­gung und Gewähr­lei­tung, dass die Aus­rüs­tung wie erwar­tet funktioniert.
    • um Bau­tei­le nach der Instal­la­ti­on zu mes­sen und analysieren.
    • um die Pro­dukt­qua­li­tät über län­ge­re Zeit im Feld zu gewährleisten.
    • wenn eine Pro­dukt­funk­tio­na­li­tät neu bewer­tet wer­den soll.

 

Hier eini­ge Bespie­le für tran­si­en­te Ereig­nis­se, die mit dem Sys­tem gemes­sen wer­den können:

▪ Zuschla­gen einer Tür ▪ Anre­gung durch Hammerschlag
▪ Motor­start ▪ Fall­tests
▪ Explo­sio­nen ▪ Bal­lis­ti­sche Untersuchungen

 

Systemeigenschaften 

  • Anzei­gen,  ver­glei­chen,  anre­gen, gra­fisch dar­stel­len, extra­hie­ren und expor­tie­ren der Daten für einen ein­fa­chen FEM-Vergleich
  • 3D-Voll­feld-Mes­sung, Hoch­fre­quenz­be­trieb mit Auf­lö­sun­gen im Nanometerbereich
  • Mes­sung von extrem klei­nen Ampli­tu­den mit extrem hohen Beschleunigungen
  • Voll­feld Deh­nun­gen, Ver­for­mun­gen und Form­än­de­run­gen wer­den angezeigt
  • Ein­fa­ches Ver­fah­ren mit genau­en Ergebnissen
  • Benut­zer­freund­li­che Öberfläche
  • Kos­tet nur ein Bruch­teil des Prei­ses eines Laser­vi­bro­me­ter Systems

 

Vorteile gegenüber anderen Messverfahren

Obwohl es prak­tisch ist, her­kömm­li­che Vibra­ti­ons­mess­sys­te­me zu benut­zen, haben die­se auch Nach­tei­le. Zum Bei­spiel kann es pas­sie­ren, dass sich Beschleu­ni­gungs­neh­mer wäh­rend der Mes­sung lösen oder eine Pro­be auf­la­den. Sie lie­fern ledig­lich eine Punkt-zu-Punkt-Mes­sung, oft­mals nur in einer Ebe­ne. Die Tests gro­ßer Struk­tu­ren kön­nen somit Tage oder Wochen dauern.

Mit dem Vic-3D Vibra­ti­ons Ana­ly­se Sys­tem sind kei­ne Kleb­stof­fe, Dräh­te, Signal­ana­ly­sa­to­ren, Leis­tungs­ver­stär­ker oder Kraft­auf­neh­mer für detail­lier­te Vibra­ti­ons­er­geb­nis­se not­wen­dig. Es ist für alle Anwen­der sehr ein­fach und schnell tau­sen­de Daten­punk­te sowohl für eine klei­ne, kom­ple­xe Struk­tur als auch für eine gro­ße Flä­che zu erhal­ten. Laser­vi­bro­me­ter kön­nen zwar ähn­lich wie die digi­ta­le Bild­kor­re­la­ti­on berüh­rungs­los mes­sen, sind aber genau­so wie Beschleu­ni­gungs­mes­ser nur in der Lage Punkt-zu-Punkt Mes­sun­gen durch­zu­füh­ren. Eine 3D Mes­sung erreicht man mit meh­re­ren Laser­vi­bro­me­tern, die im Nor­mal­fall an gro­ßen Robo­ter­ar­men mon­tiert wer­den. Der Auf­bau ist unfle­xi­bel, Kos­ten inten­siv und benö­tigt viel Platz.

Das Vic-3D Vibra­ti­ons Ana­ly­se Sys­tem arbei­tet mit jedem kom­pa­ti­blem Lap­top an Ihrem Mess­ort, in Ver­bin­dung mit der Vic-3D Work­sta­tion erhal­ten Sie einen mobi­len Sys­tem­auf­bau für Ihren Betrieb. Das Vic-3D Vibra­ti­ons Ana­ly­se Sys­tem kos­tet nur einen Bruch­teil von einem 3D Scan­ning-Vibro­me­ter-Sys­tem, wei­ter­hin kann das Vibra­ti­ons-Modul an jedes bestehen­de Vic3D Sys­tem inte­griert wer­den, wodurch es noch güns­ti­ger wird.