Er­mitt­lung des hy­dro­ther­mi­schen Al­te­rungs­ver­hal­tens end­los­fa­ser­ver­stärk­ter Ther­mo­plas­te...

DFG Projektnummer:

260306237

Vollständiger Projekttitel:

Ermittlung des hydrothermischen Alterungsverhaltens endlosfaserverstärkter Thermoplaste und Entwicklung eines ultraschallbasierten Messsystems zur zerstörungsfreien Charakterisierung des Alterungszustands für die Komponentenüberwachung und Restlebenszeitprädiktion II

Kurzfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen die Erkenntnisse, die in den ersten beiden Projektjahren für homogene Polymere gewonnen wurden, auf endlosfaserverstärkte Kunststoffe übertragen werden. Ziel ist, die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von Faserverbundkunststoffen auf Basis akustisch bestimmter Kenngrößen, und damit zerstörungsfrei, zu ermöglichen. Dabei wird insbesondere auch die alterungsbedingte Änderung dieser Eigenschaften betrachtet.

Zunächst wird, unterstützt von experimentellen Ergebnissen, ein mathematisches Modell der Zusammenhänge mechanisch und akustisch bestimmter Kenngrößen formuliert und anschließend validiert. Dabei werden insbesondere auch molekulare Effekte (z.B. Depolymerisation) berücksichtigt. Dieses Modell dient der zerstörungsfreien Charakterisierung des aktuellen Materialzustandes. Die Experimente erfolgen an künstlich gealterten Proben mit unterschiedlicher Konfiguration (Anzahl Gewebelagen, Faserorientierung und –bindung, Matrixmaterial etc.). Des Weiteren wird das zeitabhängige Alterungsverhalten anhand entsprechender Kenngrößen und unter Berücksichtigung der Probenkonfiguration modelliert, um eine mathematische Basis für die Prädiktion des Alterungsverlaufes sowie zukünftig auch der Restlebensdauer des Materials zu bilden.

Mögliche Praxisanwendungen bestehen in der zerstörungsfreien Prüfung von (verbauten) Komponenten, die sowohl offline (nach festgelegten Wartungsintervallen) als auch online (quasi-kontinuierlich) erfolgen kann. Speziell für sicherheitsrelevante Anwendungen, beispielsweise im Flug- und Fahrzeugbau, ist dies von großer Bedeutung.

Kooperationspartner:

Prof. Dr.-Ing. Elmar Moritzer (Kunststofftechnik Paderborn, Universität Paderborn) 

Projektlaufzeit:

2017 bis 2019

An­sprech­part­ne­rin

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Sarah Johannesmann

Elektrische Messtechnik (EMT)

Schallfeldsimulation, mehrschichtige Plattenwellenleiter

E-Mail schreiben +49 5251 60-4942

Pro­jekt­be­zo­ge­ne Pu­bli­ka­ti­o­nen

Characterization of Continuous-fiber Reinforced Thermoplastics Using Thermoacoustically Excited Ultrasonic Lamb Waves

M. Webersen, S. Johannesmann, L. Claes, B. Henning, in: 2016 IEEE IUS~Proceedings, 2016.


Determination of the material properties of polymers using laser-generated broadband ultrasound

L. Claes, T. Meyer, F. Bause, J. Rautenberg, B. Henning, Journal of Sensors and Sensor Systems 5 (2016) 187–196.


Viskoelastizität und Anisotropie von Kunststoffen: Ultraschallbasierte Methoden zur Materialparameterbestimmung

F. Bause, L. Claes, M. Webersen, S. Johannesmann, B. Henning, Tm - Technisches Messen 84 (2017).


Inverser Ansatz zur akustischen Charakterisierung plattenförmiger Materialproben

S. Johannesmann, L. Claes, M. Webersen, B. Henning, in: Fortschritte Der Akustik - DAGA 2017, Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. 2017, 2017, pp. 999–1002.


Ultrasonic measurements in the characterization of viscoelasticity and aging of polymers

F. Bause, L. Claes, M. Webersen, B. Henning, in: PROCEEDINGS -- AMA Conferences 2017, 2017, p. 414.


An acoustic waveguide-based approach to the complete characterisation of linear elastic, orthotropic material behaviour

S. Johannesmann, J. Düchting, M. Webersen, L. Claes, B. Henning, Tm - Technisches Messen 2018 (2018) 478–486.


Acoustic material characterization of prestressed, plate-shaped specimens

S. Johannesmann, T. Brockschmidt, F. Rump, M. Webersen, L. Claes, B. Henning, in: Sensoren Und Messsysteme, VDE Verlag GmbH, 2018, pp. 231–234.


Guided ultrasonic waves for determining effective orthotropic material parameters of continuous-fiber reinforced thermoplastic plates

M. Webersen, S. Johannesmann, J. Düchting, L. Claes, B. Henning, Ultrasonics 84 (2018) 53–62.


Akustische Charakterisierung der richtungsabhängigen elastischen Eigenschaften faserverstärkter Kunststoffe

M. Webersen, S. Johannesmann, J. Düchting, L. Claes, B. Henning, in: Fortschritte Der Akustik - DAGA 2018, 2018, pp. 1263–1266.


Einfluss mechanischer Vorspannung auf das mechanische Materialverhalten von Polymeren

M. Webersen, S. Johannesmann, T. Brockschmidt, F. Rump, L. Claes, B. Henning, Einfluss mechanischer Vorspannung auf das mechanische Materialverhalten von Polymeren, Workshop “Messtechnische Anwendungen von Ultraschall”, Drübeck, 2018.


Characterization of the linear-acoustic material behavior of fiber-reinforced composites using lamb waves

S. Johannesmann, M. Webersen, J. Düchting, L. Claes, B. Henning, in: 45th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation , 2019.


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