Methods for automated crack length detection in fracture mechanical fatigue tests of unreinforced polymers

Titel in Übersetzung: Methoden zur automatisierten Risslängendetektion in bruchmechanischen Ermüdungsversuchen von unverstärkten Polymeren

Jutta Geier

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Die Ermittlung des Risswachstums während bruchmechanischer Ermüdungsversuche ist von großer Bedeutung für die Lebensdauerabschätzung von Bauteilen. Für Polymere ist es nach wie vor Stand der Technik, die Risslängen in bruchmechanischen Versuchen manuell mit Hilfe eines optischen Mikroskops zu messen, wodurch neben weiteren Nachteilen am Ende der Messung nur eine begrenzte Anzahl an Datenpunkten zur Verfügung steht. Ziel dieser Arbeit war es daher, Methoden zur automatisierten Risslängendetektion zu entwickeln. Zu diesem Zweck wurden zwei Messtechniken, die Infrarot-Thermografie (IRT) und die digitale Bildkorrelation (DIC), hinsichtlich ihrer prinzipiellen Eignung untersucht. Basierend auf deren Techniken, wurden zwei Methoden zur Anwendung für die Risslängendetektion entwickelt und mit der gängigen mikroskopischen Methode verglichen. Zur Validierung der Robustheit der Methoden, wurden diese an drei verschiedenen Thermoplasten mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften getestet. Da die Geräte der IRT bzw. der DIC Methode nicht auf derselben Seite der Probe wie das Mikroskop angebracht werden konnten, wurde der Vergleich zur mikroskopischen Methode in manchen Proben durch ungleichmäßiges Risswachstum gestört. Dennoch konnten zufriedenstellende Korrelationen mit der mikroskopischen Methode erhalten werden, insbesondere hinsichtlich der Daten für die Lebensdauermodellierung. Beide angewendete Methoden zeigen jedoch auch Defizite. Bei der IRT Methode wird die plastische Zone vor der Rissspitze nicht berücksichtigt, weswegen Analysen hinsichtlich des Einflusses dieser erforderlich sind. Untersuchungen zur Anwendbarkeit unter anderen Belastungsbedingungen und mit anderen Materialien sind ebenfalls notwendig. Es wurde festgestellt, dass DIC Messungen im Allgemeinen viele Einflussfaktoren aufweisen. Der Vergleich der mittels DIC Methode erhaltenen Risslängen zu denen der mikroskopischen Methode ergab merkliche Abweichungen gegen Ende des Versuchs. Da der verwendete Schwellenwert für die Risslängenermittlung subjektiv bestimmt wurde, sind zusätzliche Untersuchungen notwendig, um einen objektiven Grenzwert, basierend auf physikalischen und bruchmechanischen Kennwerten, zu finden. Obwohl beide Methoden weitere Nachforschungen benötigen, können beide Methoden für zukünftige Risslängendetektion verwendet werden.
Titel in ÜbersetzungMethoden zur automatisierten Risslängendetektion in bruchmechanischen Ermüdungsversuchen von unverstärkten Polymeren
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pinter, Gerald Gerhard, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung20 Dez. 2019
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2019

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • automatisierte Risslängendetektion
  • Polymere
  • bruchmechanische Ermüdungsversuche
  • Infrarot-Thermografie
  • digitale Bildkorrelation

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