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Um Impacts auf gekrümmte Faserverbundstrukturen, bezüglich ihrer akustischen Emission beim Aufprall, charakterisieren zu können, ist eine detaillierte Kenntnis über das Versagensverhalten des Werkstoffes notwendig. Aufgrund der vorliegenden Anisotropie des Faserverbundwerkstoffes, was richtungsabhängigen Materialeigenschaften wie Steifigkeiten und Festigkeiten entspricht, und dem Aufbau aus mehreren Einzellagen zu einem Laminat, verhält sich der Faserverbundwerkstoff sehr komplex. Dies zeigt sich in hohem Maße im progressiven Versagensverhalten. Bei Versagen werden drei primäre Versagensmechanismen unterschieden: der Bruch der Verstärkungsfasern (Fiber Breakage), den Bruch der lastverteilenden Kunststoffmatrix (Matrix Cracking) und das Ablösen von Einzelschichten untereinander (Delamination). Bei einer Schädigung des Bauteils treten diese Versagensmechanismen stets gekoppelt auf. Für eine Charakterisierung des Schädigungsvorgangs aufgrund dessen akustischer Emission müssen daher in einem ersten Schritt die AE der einzelnen Versagensmechanismen untersucht und erfasst werden. Unter Verwendung einer Universalprüfmaschine Zwick&Roell ZN250 wurden Prüfkörper und Testverfahren in Anlehnung an bestehende Versuche zur Kennwertermittlung zur gezielten Generierung der primären Versagensformen entwickelt und durchgeführt. Dabei wurden die Sensoren der zur Messung der emittierten akustischen Signale während des Schädigungsvorgangs auf den Prüfkörpern appliziert. Unter Verwendung von Auswertealgorithmen zur Clusterbildung der erhaltenen AE-Daten konnten die Versagensmechanismen aus dem Frequenzspektrum getrennt werden. In nachstehender Abbildung ist eine exemplarische Darstellung eines Clusterings der AE-Daten dargestellt.

Die orangefarbenen Messpunkte lassen sich dem Matrix Cracking zuordnen, die gelb gefärbten Messpunkte stellen AE-Signale der Delamination und die blau gefärbten Messpunkte den Fiber Breakage dar.

Neben der genauen Kenntnis der charakteristischen AE-Signale der Versagensmechanismen faserverstärkter Kunststoffe war auch die Lokalisierung von Impacts an größeren Strukturbauteilen Gegenstand des Forschungsprojektes. Dabei wurden mehrere Sensoren auf einem Prüfbauteil aufgebracht, um eine selbstlernende Software zur Ortsbestimmung zu trainieren. In folgender Abbildung (links) ist ein, von einem renommierten Flugzeughersteller zur Verfügung gestelltes, gekrümmtes Bauteil aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff mit applizierten Sensoren und Messtechnik dargestellt.

Die entwickelte Software der Fa. iNDtact zeigt in einer ersten Grafik nun den Ort einer Anregung (rotes Kreuz, Abbildung rechts), in der Laborumgebung als Schlag mit einem kleinen Metallhammer simuliert. Je öfter ein Bauteil hinsichtlich dessen geometrischer und werkstoffspezifischer Eigenschaften trainiert wird, desto genauer kann eine Lokalisierung von Impacts erfolgen.

Um nun Impact-Ereignisse im realen Flugbetrieb zu lokalisieren und gleichzeitig den zugefügten Schaden vollumfänglich charakterisieren zu können, bedarf es aufgrund der Komplexität der Schädigungsmechanismen und den dadurch emittierten Frequenzen weiterführender Untersuchungen. Der Grundstein für eine Systementwicklung wurde im Rahmen dieses Projekts bereits in Form eines Demonstratorsystems gelegt.

Das Projekt wurde als ZIM-Erfolgsbeispiel ausgezeichnet.