Materialforschung

Der richtige Werkstoff bzw. das richtige Material an der richtigen Stelle sind entscheidend für die Qualität, die Lebensdauer, das Gewicht und damit schlussendlich für den Erfolg des Endproduktes. OptoMET Laser Doppler Vibrometer leisten auf der ganzen Welt wichtige Beiträge bei der systematischen Suche nach neuen Erkenntnissen auf dem Gebiet der Materialforschung. Sei es bei der Bestimmung von Materialparametern oder bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung kurz ZfP (engl. non-destructive testing/non-destructive inspection, kurz NDT bzw. NDI).

Zerstörungsfrei messen / NDT

Verbundwerkstoffe wie z.B. Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) mit ihren überlegenen Materialeigenschaften finden breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt. Über die letzten Jahrzehnte wurden zunehmend klassische Leichtmetall-Elemente durch diese neuen Werkstoffe ersetzt. Diese modernen Materialien können aber leider auch neue Arten von Defekten aufweisen, weshalb man fortschrittliche Messmethoden benötigt um beispielsweise Strukturschäden in Bauteilen zu detektieren, die von außen unsichtbar sind.

OptoMET Scanning Vibrometer werden genutzt, um verschiedene Arten von Materialfehlern wie Delamination, Rissbildung oder Einschlüsse zu entdecken und sichtbar zu machen.

Lamb-Wellen-Methode / Lamb-wave method

Bei dünnwandigen Bauteilen kann man Defektstellen sehr gut durch die Messung von sehr kleinen Ultraschalloberflächenwellen sogenannten Lamb-Wellen, mit Hilfe des empfindlichen Heterodyne-Laser-Interferometers lokalisieren. Dazu werden Wellenpakete mit einer Frequenz bis in den dreistelligen kHz-Bereich über einen Ultraschall Transducer (oder auch einer anderen Methode) angeregt, die mit der Defektstelle wechselwirken. Gemessen wird die zeitliche Ausbreitung der Welle über die Oberfläche des Prüflings, wobei die Amplituden typischerweise im zwei bis dreistelligen Nanometer-Bereich liegen. So können Defektstellen erkannt werden, unabhängig davon, ob der Struktur- bzw. Materialfehler sich innerhalb des Materials oder auf eine der Außenseiten des Prüflings befindet.

Local Defect Resonance (LDR)

Eine andere ebenfalls sehr sensitive Methode für die Detektion von Materialfehlern ist die sogenannte lokale Defekt Resonanz (Local Defect Resonance LDR). Im Unterschied zur oben beschriebenen Lamb-Wellen-Methode erfasst das Laservibrometer hier nicht die räumliche Ausbreitung einer Welle über die Zeit, sondern misst vielmehr Stehwellen, ähnlich wie bei einem klassischen Modal Test. Der Unterschied besteht in der Frequenzbandbreite mit der die Messung durchgeführt wird. Arbeitet man bei der klassischen Modal Analyse mit Frequenzen im einstelligen kHz- Bereich, so kann man mit Messbandbreiten im dreistelligen kHz-Bereich auch Resonanzen in geometrisch sehr kleinen bemessenen lokalen Fehlstellen erfassen und visualisieren.

Split Hopkinson Bar (SHPB)

Ein Split-Hopkinson-Bar-Versuch ist ein Verfahren zur Materialprüfung, mit dem Materialeigenschaften unter dynamischen Bedingungen ermittelt werden. Der Prüfling (z.B. ein Beton zylinder oder ein Verbundwerkstoff) befindet sich dabei zwischen zwei Stäben dem Incident Bar und dem Transmission Bar. Ein beschleunigter Striker trifft auf den Incident Bar und verursacht dort einen Stoßimpuls. Die entstehende Welle durchläuft den ersten Stab und trifft auf die Materialprobe und setzt sich durch diese hindurch und in den Transmission Bar fort.

Laser Doppler Vibrometer (LDV) von OptoMET sind dank ihrer hohen Abtastrate von 160 MSamples/s und eines Dynamikbereichs von über 220 dB das perfekte Messwerkzeug, um den zeitlichen Verlauf dieser hochdynamischen Stoßimpulse zu vermessen.

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