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Zerstörungsfreie Prüfung von modernen Werkstoffen mit dynamischen Shearografie-Verfahren
(2013) Menner, Philipp; Busse, Gerd (Prof. Dr. rer. nat. habil.)
Die Herausforderungen an die zerstörungsfreie Prüfung steigen mit der zunehmenden Verbreitung moderner Werkstoffe. Die ZfP-Methoden sollten nicht nur schnell und kontaktfrei arbeiten, sondern auch die in diesen Werkstoffen auftretenden neuen Defektarten zuverlässig erfassen. Elektronische Speckle-Pattern-Interferometrie (ESPI) kann unter Verwendung zeitabhängiger Anregungs- und Auswerte-Methoden viele dieser Anforderungen erfüllen, sie ist jedoch für industrielle Anwendungen nicht robust genug. Shearografie wiederum ist hinreichend robust, wird jedoch nur mit statischen Belastungsarten eingesetzt. Die vorliegende Arbeit kombiniert Shearografie mit verschiedenen dynamischen Belastungs- und Auswerte-Techniken. Dazu wurde ein für dynamische Messungen geeignetes Shearografiesystem entwickelt. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Modulierbarkeit der Anregungstechniken gelegt, also auf die optische und hydrostatische Anregung sowie die erstmals mit Shearografie kombinierte induktive Anregung. Die verschiedenen Varianten der dynamischen Shearografie unterscheiden sich in ihrem Kontrastmechanismus. Daher ist z.B. bei der auf thermischen Wellen basierenden optisch bzw. induktiv angeregten Lockin-Shearografie eine Phasenauswertung der modulierten Objektverformung vorteilhaft, während bei der hydrostatisch angeregten Lockin-Shearografie die Amplitudenauswertung besser geeignet ist. Diese neuen zeitabhängigen Shearografie-Verfahren wurden hinsichtlich Tiefenreichweite, Signal/-Rausch-Verhältnis, Auflösungsgrenzen etc. untersucht und die Ergebnisse mit denen der statisch anregenden Verfahren verglichen. Für diese Untersuchungen wurden überwiegend selbst gefertigte Modellproben verwendet; zunächst einfache Proben aus homogenem Epoxidharz, später auch faserverstärkte Kunststoffverbunde und Wabenstrukturen. Um die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Anregungs- und Auswerte-Varianten der Shearografie einschätzen zu können, erfolgte außerdem ein Vergleich mit etablierten ZfP-Methoden sowie der Einsatz an überwiegend aus dem Luftfahrtbereich stammenden Realbauteilen. Dabei zeigte sich deutlich das große Potential der dynamischen Shearografie-Verfahren nicht nur bei Messungen unter Laborbedingungen, sondern auch im industriellen Umfeld.