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Werkstoffmechanische Prüfung der nächsten Generation: Rissfortschritt komplexer Rumpfstrukturen

Strohmann, Tobias und Paysan, Florian und Melching, David und Dietrich, Eric und Breitbarth, Eric und Requena, Guillermo (2023) Werkstoffmechanische Prüfung der nächsten Generation: Rissfortschritt komplexer Rumpfstrukturen. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress (DLRK) 2023, 2023-09-19 - 2023-09-21, Stuttgart.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
3MB

Kurzfassung

Ermüdungsrissfortschritt ist einer der herausforderndsten Schadensfälle strukturmechanischer Bauteile, welche nicht-konstanten Lasten ausgesetzt sind. Vor allem im Luftfahrtbereich, wo Materialien und Bauteile häufig nach dem “fail-safe”-Konzept ausgelegt sind, treten Ermüdungsrisse auf. Aus diesem Grund ist ein tiefgreifendes Verständnis über das Rissfortschrittsverhalten von Leichtbaumetallen wie Aluminiumlegierungen sicherheitsrelevant und unerlässlich. Die Methodik, das Rissfortschrittsverhalten eines Materials zu untersuchen, wurde seit Jahrzehnten wenig aktualisiert und beruht auf dem Konzept, einen theoretischen Spannungsintensitätsfaktor K in Abhängigkeit einer genormten Probengeometrie, der angreifenden zyklischen Last und der projizierten Risslänge zu berechnen. Diese konventionellen Rissfortschrittsexperimente gehen mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand einher. Zusätzlich resultieren die Versuche nur in einer einzigen materialabhängigen Kurve der Risslänge a als Funktion der Lastzyklen N (a-N) bzw. da/dN-DK. Daraus folgt ein niedriges Verhältnis des Ergebnis-Werts zum experimentellen Aufwand. In unserer Arbeit stellen wir eine moderne Methode für die werkstoffmechanische Prüfung anhand solcher Rissfortschrittsuntersuchungen vor. Dabei kombinieren wir digitale Bildkorrelation (DIC), KI-gestützte Risserkennungsmethoden sowie Robotik. Während des Rissfortschrittsexperiments wird der wachsende Ermüdungsriss permanent über ein 3D-DIC-System überwacht. Informationen über die Rissspitze werden an einen Roboter gesendet, dessen Aufgabe es ist, das besonders relevante Rissspitzenfeld hochaufgelöst zu untersuchen. Dafür ist der Roboter mit einem Mikroskop sowie einer Kamera für hochaufgelöste DIC (HR-DIC) ausgestattet. Zusammengefasst ermöglicht der Gesamtaufbau zusammen mit seinem digitalen Rückgrat einen autonomen Versuchsablauf. Hierbei wird das gesamte Verschiebungs- und Dehnungsfeld der untersuchten Probe auf zwei verschiedenen Skalen zeitdiskretisiert aufgezeichnet und automatisiert hinsichtlich bruchmechanischer Kenngrößen ausgewertet. Die neuartige Methodik wird an großen bi-axial belasteten Proben demonstriert. Die Kombination großer Proben und einer bi-axialen Belastung lassen einen dem Flugzeugrumpf nahen Belastungszustand untersuchen.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197446/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Werkstoffmechanische Prüfung der nächsten Generation: Rissfortschritt komplexer Rumpfstrukturen
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Strohmann, TobiasTobias.Strohmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9277-1376NICHT SPEZIFIZIERT
Paysan, FlorianFlorian.Paysan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5575-1002NICHT SPEZIFIZIERT
Melching, DavidDavid.Melching (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5111-6511NICHT SPEZIFIZIERT
Dietrich, EricEric.Dietrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Breitbarth, EricEric.Breitbarth (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3479-9143144709580
Requena, GuillermoGuillermo.Requena (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5682-1404NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 September 2023
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Automatisierung; Rissfortschritt; Experimentelle Mechanik, Digitale Bildkorrelation, Closed-Loop Experiment
Veranstaltungstitel:Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress (DLRK) 2023
Veranstaltungsort:Stuttgart
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:19 September 2023
Veranstaltungsende:21 September 2023
Veranstalter :DGLR
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische Strukturen und hybride Werkstoffsysteme
Institut für Werkstoff-Forschung > Werkstoffmechanische Prüfung
Hinterlegt von: Strohmann, Tobias
Hinterlegt am:18 Okt 2023 11:22
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:57

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