Lokalisation von Rissen in strukturellen Klebverbindungen mittels faseroptischer Sensoren

Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht die Eignung von faseroptischen Dehnungssensoren (FOSS) zur Lokalisierung von Rissen in strukturellen Klebverbindungen. Der Fokus liegt dabei auf der Bestimmung von Risswachstumsmechanismen sowie der Bewertung der Verwendung von Rissstoppern in Form von Oberflächenzähmodifikation. Es wird davon ausgegangen, dass der Einsatz von FOSS eine hochauflösende Risspositionsbestimmung mit einer Auflösung von unter einem Millimeter ermöglicht. Zusätzlich wird angenommen, dass die Verwendung von Polyphenylsulfon (PPSU) und thermoplastischem Polyurethan (TPU) als Material für die Oberflächenzähmodifikation das Risswachstum über die Klebverbindung beeinflusst und als rissstoppendes Element wirkt. Zu diesem Zweck werden Double Cantilever Beam (DCB) Tests mit integrierten und auf die Oberfläche geklebten FOSS-Sensoren gemäß ASTM D5528-21 durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass faseroptische Dehnungssensoren in der Lage sind, den Rissfortschritt mit einer Auflösung von bis zu 0,65 mm und einer mittleren Abweichung von weniger als einem Millimeter im Vergleich zur konventionellen Rissfortschrittsmethode zu messen. Es kann festgestellt werden, dass PPSU einen starken Einfluss auf das Risswachstum hat, was zu instabilen und plötzlichen Risssprüngen führt und nicht für den Einsatz in Klebeverbindungen geeignet ist. TPU hingegen hat eine signifikant verlangsamende und stoppende Wirkung auf das Risswachstum und erhöht die Energiefreisetzungsrate um 6,5 %. Dies ist deutlich weniger als die hemmende Wirkung von Polyvinylidenfluorid (PVDF) auf den Rissfortschritt, die in früheren Untersuchungen festgestellt wurde. Dennoch wird davon ausgegangen, dass TPU aufgrund seiner niedrigen Glasübergangstemperatur besser für den Einsatz bei Temperaturen unter -30°C geeignet ist.