Messsystem für optische Dehnungsmessungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Am Institut für Stahlbau der Technischen Universität Braunschweig ist ein Messsystem zur optischen Dehnungsmessung unter Verwendung der drei Messverfahren Digital Image Correlation (DIC), Speckle Interferometrie (ESPI) und Videoextensomenter im Einsatz. Eines der mit diesem System durchgeführten Projekte behandelt die Ermüdungsfestigkeit von Gewinden. Das Detail „Gewinde“ ist ein scharfgekerbtes Bauteil, das unter schwingender Belastung im ersten voll tragenden Gewindegang versagt. Der wesentliche Einfluss auf die Ermüdungsfestigkeit ist, neben der Beanspruchung, die Art der Herstellung des Gewindes. Beim Aufrollen des Gewindes durch Umformung werden im Gewindegrund Druckeigenspannungen eingebracht und zusätzlich wird der Werkstoff lokal stark kaltverfestigt. Im Rahmen der Ermüdungsuntersuchungen an Gewinden großer Schraubendurchmesser (M 48) wird die räumliche Dehnungsverteilung im freien Gewindegrund mit dem Digital Image Correlation (DIC) Verfahren optisch gemessen. Diese Messungen sind mit den üblichen Verfahren (Dehnungsmessstreifen), aufgrund der geringen Abmessungen und starken räumlichen Krümmung auf der Gewindeoberfläche, nicht durchführbar. Mit Hilfe des DIC kann das Dehnungsfeld im freien Gewindegrund sowie die Kerbformzahl ermittelt werden. Zusätzlich ist es möglich, die Dehnungsänderungen im Kerbgrund unter zyklischer Beanspruchung zu messen, die auf eine Änderung eines vorhandenen Eigenspannungszustands schließen lassen. Die Automatisierung der Messaufnahmen ermöglicht die Beobachtung von Dauerversuchen. Vorteilhaft ist auch, dass die Messung auf der Beschichtung aus Feuerverzinkung möglich ist. Im Rahmen eines weiteren Forschungsprogramms wird die Mikrorissbildung in Stahl an gekerbten Proben untersucht. Schädigung wird metallphysikalisch in drei Phasen eingeteilt. Sie beginnt mit der Phase der Risseinleitung, bei der Versetzungsbewegungen und Gleitbandbildungen die Orte erster Werkstofftrennungen darstellen. Aus diesen gehen die Mikrorisse hervor, die während der Phase des stabilen Rissfortschritts heranwachsen und sich zu Makrorissen vereinigen. Der technische Anriss an der Bauteiloberfläche beendet die rechnerische Lebensdauer. In diesem Projekt soll auf Basis von kleinskaligen Dehnungsfeldmessungen ein Zusammenhang zur Rissbildung gesucht werden, der die Bestimmung der Schädigung eines Bauteils und die zeitliche Einordnung des Ist-Zustands auf der Lebensdauerlinie zulässt. Hierzu werden Ermüdungsversuche an gekerbten Zugproben aus unlegiertem Stahl S355 durchgeführt. Diese werden durch die hochgenauen Dehnungsmessungen mit einem Speckle Interferometer (ESPI) begleitet. Anhand der Dehnungsänderungen mit zunehmenden Lastspielen soll auf die lokalen Mikroschädigungsvorgänge im Kerbgrund rückgeschlossen werden. Alle Systeme leisten einen großen Beitrag in der Forschung am Institut für Stahlbau. Besonders ihre flexible Ausstattung ermöglicht eine ergebnisorientierte Anwendung in unterschiedlichen Forschungsvorhaben. Die Systeme sind in mehreren aktuellen Projekten im Einsatz und in beantragten Forschungsvorhaben als wichtiger Bestandteil eingeplant.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Modelling the Strain Rate Dependent Hardening of Constructional Steel using semi-empirical models. Journal of Constructional Steel Research. Volume 145, June 2018, Pages 414–424
N. Scholl, F. Minuth-Hadi, K. Thiele
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2018.02.013) - Zur frühen Detektion von Ermüdungsrissen mithilfe der Speckle-Interferometrie. 21. DASt-Forschungskolloquium (2018), S. 134–139
K. Ritter, K. Thiele
