Einfluss von Materialschäden auf Merkmalscharakteristika von zerstörungsfreien Prüfverfahren an dynamisch belastetem CFK - Marko Alder (2012)
Faserverstärkte Kunststoffe (CFK) ermöglichen aufgrund ihrer hohen dichtespezifischen Festigkeit und Steifigkeit eine effiziente Leichtbauweise. Gepaart mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit, bietet der Einsatz von CKF-Strukturen in der kommerziellen Luftfahrt ein erhebliches Einsparungspotential der Betriebskosten. Die Detektierbarkeit schlaginduzierter Materialschädigungen stellt sich jedoch als äußerst aufwendig heraus. Im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsprojektes zur Ermittlung und Erweiterung der Leistungsgrenzen moderner, zerstörungsfreier Prüfverfahren für Verbundwerkstoffe werden in dieser Arbeit die Einflüsse solcher Materialschäden auf zerstörungsfreie Prüfverfahren an dynamisch belastetem CFK untersucht. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf der Charakterisierung der Ergebnisse aktiver Thermographieprüfungen auf Basis des Puls-Phasen-Prinzips. Anhand einer spektralen Analyse der Infrarotabstrahlung thermisch angeregter CFKProben konnten Schlagschäden im Werkstoff identifiziert und qualitativ charakterisiert werden. Es wurde festgestellt, dass unter zyklischer Belastung der Prüfkörper ein Wachstum einer oberflächennahen Delamination initiiert wird. Eine Auswertung des Phasenspektrums für eine definierte Frequenz zeigt, dass dieses Wachstum mit einer zunehmenden Differenz zwischen den gemittelten Phasenwerten im Bereich der Delamination und einem Bereich ohne Vorschädigung einhergeht. Der Einsatz weiterer zerstörungsfreier Prüfmethoden, wie Röntgen- und Ultraschalluntersuchungen, sowie die Untersuchung ausgewählter Proben im Lichtmikroskop, ließen außerdem eine Zunahme der Rissdichte erkennen, was jedoch mit der verwendeten Infrarotkamera nicht ausreichend detektiert werden konnte. Die Ergebnisse wurden über die Charakterisierung des Einsatzpotentials zerstörungsfreier Prüfmethoden hinaus für eine Beurteilung des Ermüdungsprozesses unter zyklischer Belastung im Zug-Druck-Bereich ausgewertet. Daraus ließen sich Maßnahmen ableiten, um den Versuchsprozess im weiteren Verlauf des Forschungsprojektes zu optimieren.