Entwicklung eines Sensors auf der Basis piezoelektrischer Polymerfolien zur in-situ Messung von Spannungsintensitätsfaktoren bei Ermüdungsrisswachstum

• Antragsteller: Professor Dr. Meinhard Kuna; Professor Dr.-Ing. Andreas Ricoeur
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 80504560

Die Lebensdauer technischer Strukturen wird in erheblichem Maße durch unterkritisches Risswachstum begrenzt, insbesondere zählt Ermüdungsbruch zu den häufigsten Schadensfällen. Wenn die Belastungssituation, Bauteilgeometrie, Materialeigenschaften etc. bekannt sind, kann die bruchmechanische Beanspruchungsanalyse numerisch mit der Methode der Finiten Elemente (FEM) erfolgen. In vielen Fällen sind numerische Beanspruchungsanalysen jedoch nicht möglich, insbesondere bei stochastischen Lastkollektiven, denen z.B. Bauwerke oder Luftfahrtkonstruktionen ausgesetzt sind oder bei komplexen Konstruktionen und Anlagen. Im Rahmen dieses Projektes soll daher ein Sensor konzipiert und entwickelt werden, der die Lokalisierung der Rissspitze und die Messung von Schwingbreiten der bruchmechanischen Beanspruchungsgrößen KI, KII in platten- und schalenartigen Strukturen ermöglicht. Hierzu wird eine Folie aus dem piezoelektrischen Polymer PVDF mit der Strukturoberfläche verklebt. Die an Elektroden abgegriffenen elektrischen Potentiale sind ein Maß für die Verzerrungen an der Oberfläche des Bauteils und ermöglichen die Berechnung der bruchmechanischen Größen am Riss. Damit wäre ein wesentlicher Fortschritt zur Überwachung der Sicherheit technischer Anlagen und Konstruktionen erbracht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr.-Ing. Christoph Häusler