Optische Eigenspannungsanalyse

ReSA (Residual Strain/Stress Analysis) System für die optische Eigenspannungsanalyse basierend auf 3D-Micro-DIC

Deh­nungs­ver­tei­lung εxx (hori­zon­tal) bei 3 ver­schie­de­nen Bohr­tie­fen: 0,2 mm (links), 0,4 mm (Mit­te) und 1,0 mm (rechts); Arrows: direc­tion of princi­pal strain ε2.

 

Das Bohr­loch­ver­fah­ren in Ver­bin­dung mit Deh­nungs­mess­strei­fen ist eine eta­blier­te Metho­de zur Eigen­span­nungs­ana­ly­se von metal­li­schen Werk­stof­fen. Im Gegen­satz dazu ist eine voll­flä­chi­ge und kon­takt­lo­se Mes­sung mit­hil­fe von VIC-3D inbe­son­de­re im Hin­blick auf die Quan­ti­fi­zie­rung von inho­mo­ge­nen Eigen­span­nun­gen sowie ‑deh­nun­gen von Ver­bund­struk­tu­ren von Vor­teil. Das obi­ge Bei­spiel zeigt die Deh­nungs­mes­sung εxx eines Koh­len­stoff­ver­bun­des bei unter­schied­li­chen Bohr­tie­fen. Das lin­ke Bild wird mit einem FEM-Modell eines Vier­tel­schnit­tes über­la­gert. isi-sys bie­tet eine schlüs­sel­fer­ti­ge Lösung für die opti­sche Eigen­span­nungs­ana­ly­se nach dem Bohr­loch­ver­fah­ren in Kom­bi­na­ti­on mit einer spe­zi­el­len Ver­si­on des 3D Micro Ste­reo Sensors.

 

 

Die fol­gen­den Bil­der zei­gen die Ver­for­mun­gen (U, V, W) des Koh­le­fa­ser­ver­bund­werk­stof­fes bei 1 mm Bohr­tie­fe ent­spre­chend der obi­gen Deh­nungs­mes­sung. Die Bei­spie­le zei­gen, dass es mög­lich ist, auch bei sehr klei­nen Durch­mes­sern (2,3 mm bis hin zu 0,8 mm) Ver­for­mun­gen und Deh­nun­gen nahe am Bohr­loch mit hoher räum­li­cher Auf­lö­sung zu mes­sen, da der Ste­reo-Sen­sor­auf­bau für ein Sicht­feld von ca. 8,4mm x 7mm @ 5Mpx aus­ge­legt ist. Dies ist mit dem Deh­nungs­mess­strei­fen-Prin­zip kaum auf­lös­bar. Das ReSa-Sys­tem ist mit einem Spe­zi­al­boh­rer aus­ge­stat­tet, der mit ca. 100.000 bis 300.000 U/min arbei­tet. Die spe­zi­el­le Ver­si­on des 3D-Mikro­sen­sors ermög­licht das Boh­ren und Mes­sen ohne Neu­po­si­tio­nie­rung des Boh­rers oder des Sensors.

 

 

ReSA (Residual Strain/Stress Analysis) — die neue Lösung für die Optische Eigenspannungsanalyse

Ver­for­mun­gen (U, V, W) bei 1 mm Bohr­tie­fe im Koh­len­stoff­ver­bund gemes­sen mit dem Strai­no­gra­phy-Sen­sor. Arrows: direc­tion of the princi­pal strain ε2.

 

 

Vorteile des ReSA Systems gegenüber Dehnungsmesstreifen-basierten Methoden

 

Deh­nungs­mess­strei­fen (DMS) und Bohrverfahren ReSA Sys­tem basie­rend auf 3D-Micro-DIC
Mess­feh­ler:
- Feh­ler durch Ver­satz der Boh­rung zur Mit­te der DMS-Rosette + Kei­ne Anfor­de­rung an die exak­te Bohr­loch­po­si­ti­on rela­tiv zum Sen­sor, kei­ne ent­spre­chen­den Fehler
- Faser-Matrix-Rich­tung und Deh­nungs­mess­strei­fen-Aus­rich­tung erfor­der­lich (oder rela­ti­ve Rich­tung muss bekannt sein) + Kein Abgleich zwi­schen Sen­sor und Mate­ri­al­ma­trix­rich­tung erfor­der­lich oder notwendig
- Feh­ler durch indi­vi­du­el­le DMS-Applikation + Wie­der­hol­ba­re Vor­be­rei­tung des Interessengebietes
Tech­ni­sche Betrachtungen
- Ein­zel­punkt­mes­sung der Deh­nung, Mit­tel­wert­bil­dung über den effek­ti­ven DMS-Bereich + Voll­flä­chi­ge Deh­nungs- und Ver­for­mungs­mes­sung, hohe räum­li­che Auf­lö­sung nahe der Bohrung
- Ergeb­nis­se abhän­gig vom ver­wen­de­ten Bewertungsmodell + Zuver­läs­si­ge nach­träg­li­che Vear­bei­tung mit VIC-3D
- Ein­zel­punkt­wer­te der Eigen­span­nun­gen, daher nicht reprä­sen­ta­tiv für inho­mo­ge­nes Material + Voll­flä­chi­ge Eigen­span­nungs­da­ten für inho­mo­ge­ne Mate­ria­li­en geeignet
Wirt­schaft­li­che Aspekte:
- Hohe Kos­ten pro Mes­sung auf­grund der Dehnungsmessstreifen + Nied­ri­ge Betriebs­kos­ten pro Messung
- Hohe Vor­be­rei­tungs­zeit auf­grund der Präpe­ra­ti­on der Dehnungsmesstreifen + Schnel­le und unkom­pli­ziert Präpe­ra­ti­on und Vor­be­rei­tung der Messoberfläche