Abstract:

Ziel der Sensorsensitivitätsmessungen war es, Aussagen über die Empfindlichkeit der unterschiedlichen Sensoren zu treffen. Durch diese Messungen konnte genau festgestellt werden, in welchem Frequenzbereich die größte Sensitivität existiert. Um diese Messungen zu verifizieren, wurden die mitgelieferten Datenblätter der Sensoren mit den Messergebnissen verglichen. Es stellte sich heraus, dass nur geringe Abweichungen von den Werksangaben unter den Sensorpaaren gleicher Bauart zu verzeichnen waren. Gemäß der Aufgabenstellung wurden quasistatische und zyklische Versuche mit unverstärkten und verstärkten Proben durchgeführt. Zunächst wurde eine Versuchseinrichtung zur Durchführung der Versuche mit gekoppelter Schallemissionsanalyse erfolgreich aufgebaut. Es zeigte sich, dass es anfangs problematisch war Störeinflüsse zu vermeiden. Diese hatten einen negativen Einfluss auf die Schallemissionsanalyse während der zyklischen Versuche. Die Störeinflüsse hochfrequenter Generatoren konnten selbst durch Isolieren der Grenzfläche zwischen Probenkopf und Einspannvorrichtung nicht verhindert werden. Abhilfe konnte geschaffen werden, indem die Versuchseinrichtung in eine von Hochfrequenzgeneratoren störungsfreie Umgebung verlagert wurde. Zusätzlich konnten die Hintergrundgeräusche durch den Einsatz von geeigneten Hochpassfiltern verringert werden. Bei den zyklischen Versuchen konnte mittels der registrierten mechanischen Daten unter Verwendung der plastischen Dehnungsamplitude εpl,a der Verlauf der Schädigung zusätzlich durch den Schädigungsfaktor D dargestellt werden. Durch den Einsatz der Schallemissionsanalyse konnten die Ergebnisse durch die akustischen Kennwerte über die Schädigungsentwicklung bestätigt werden. Diese Schädigung wurde mit der Auftragung der akustischen Energie bzw. der Schwellwertüberschreitungen korreliert. Es wurde somit gezeigt, dass das in-situ Untersuchungsverfahren unter zyklischer Beanspruchung funktioniert. Ebenso wie bei verstärkten Proben konnte auch bei unverstärkten Proben die Ermüdung ausgehend von Rissbildung und Risswachstum mittels 65 Ansatzdehnungsaufnehmer und Schallemissionsanalyse detektiert und anschließend metallografisch untersucht werden. Durch die metallografischen Untersuchungen wurde gezeigt, dass sich erste Risse an der Oberfläche der Probe bilden und nach innen in die Probe wachsen. Die Risstiefe betrug bei Auftreten der ersten Schallemissionssignale ca. 150 μm. Durch die wechselnde Beanspruchung löste sich das Verstärkungselement von der Matrix ab. Weiterhin war festzustellen, dass bei zyklischen Versuchen zuerst die Matrix versagt und danach erst das Verstärkungselement. Des Weiteren war auch im Bereich des Matrixbruches zu erkennen, dass sich erste Risse im Verstärkungselement gebildet haben. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass es möglich war eine hinreichend gute Ortung der Schädigung bei unverstärkten Proben zu machen. Jedoch bestand auch hier wieder das Problem von Störgeräuschen, die die Versuchsdurchführung um einiges erschwerten. Allerdings hat sich gezeigt, dass die Ortung durch die Inhomogenität des verstärkten Materials sehr ungenau war. Im Rahmen dieser Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Schallemissionsanalyse eine gute Methode zur frühzeitigen Erfassung von Schädigungen an Bauteilen sowie Materialfehlern bietet. Durch die zeitnahe Analyse und direkte Überwachung kann somit eine relativ zuverlässige Beurteilung der Schädigungsentwicklung unter zyklischer Beanspruchung gemacht werden. Eine Verbesserung der Registrierung und Ortung der Schädigung könnte zusätzlich durch den Einsatz geeigneter Hochpassfilter sowie spezifisch resonanter Sensoren erfolgen.