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Deformations- und Dehnungsanalyse von geschweißten Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden mit optischen und thermischen Messverfahren

Deformation and strain analysis of welded metal/fibre-reinforced-plastics with optical and thermal measurement methods

  • Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der präzisen Beschreibung von geschweißten einschnittigen Überlappverbindungen aus Metall / Faser-Kunststoff-Verbunden unter mechanischer Belastung. Durch Synergieeffekte von optischen und thermischen Messverfahren kann das Deformations- und Dehnungsverhalten verschiedenste Probeformen charakterisiert werden. Zunächst wird ein kurzer Überblick über die genutzten optischen und thermischen Messverfahren gegeben. Vor- und Nachteile der Verfahren werden hierbei detailliert erläutert. Nachfolgend geraten Ultraschallgeschweißte einschnittige Überlappverbindungen in den Fokus der Betrachtungen. Dabei kommen statische, dynamische und schlagartige Beanspruchungen zum Einsatz. Das Deformations- und Dehnungsverhalten wird jeweils mit einem geeigneten Messverfahren beschrieben. Vor- und Nachteile der einzelnen Messverfahren werden, für eine spätere Nutzung von Synergieeffekten, durch Messungen an demselben Probekörper deutlich herausgearbeitet. Im letzten Kapitel der Arbeit wird eine Finite Element Simulation der einschnittigen Überlappverbindungen erstellt. Es wird gezeigt, dass unter zu Hilfenahme der ortsaufgelösten Deformations- und Dehnungsmessungen die Genauigkeit der FE - Simulation deutlich verbessert werden kann. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit sind zusammenfassend dargestellt: -Kopplung von Grauwertkorrelation und Scanning Acoustic Microscopy zur Dehnungsdarstellung in optisch nicht zugänglichen Bereichen -Verbesserung der FE-Simulation durch genaueste Dehnungsmessungen -Kopplung verschiedener optischer Systeme zur Dehnungsmessung über mehrere Größenordnungen -Vergleich von Grauwertkorrelation und Elektronischer Speckle Pattern Interferenz -Erklärung des thermoelastischen Spannungssignals mittels FE-Simulation
  • The main focus of this thesis is to get a precise description of welded single lap joints of metal and fibre reinforced plastic while mechanically deformed. This is done by using the synergy-effects of three different optical and thermal measurement systems for the characterisation of different specimen. Initially the thesis gives a brief overview of the provided thermal and optical measurement systems, including their specific errors and their limits of use. The measurements are done with plane joints of metal and reinforced plastic. Their deformation behaviour is described qualitative and quantitative. Afterwards the geometric more complex ultrasonic welded joints of AlMg3 and CF-PA66 become focus of the research. Depending on the load type, the appropriate measurement system is selected. Static, dynamic and crash loads are used to describe the complex specimen reaction. It is displayed, that the use of one measurement system is often enough for a basic understanding of the strain and stress distributions when different loads are applied. To acquire exact knowledge of the comparability of the different measurement methods the strain distribution of a single specimen was measured by all systems. Thus, the advantages and limits of the different measurement systems can be described in detail. Applying this basic knowledge all measurement systems can be used synergistically. The last chapter deals with a finite element analysis of the problem (single lap joint in tension test), which allows the comparison of all measurement methods. It is demonstrated, that the use of the measured strains can help to improve the accuracy of the finite element simulation. The main task of this dissertation is to describe the exact strain and stress distribution of the specimen in tensile test. Using all the results of the measurements and their combination, the complex welded single lap joint is described in detail. To obtain the best results, the following steps are realized: -Coupling of the digital image correlation with the scanning acoustic microscopy. There for a measurement of the strains in the not visible interface layer between metal and fibre reinforced plastic can be done. -Using the most accurate results of the strain measurements to improve the finite element simulation. -Combining the electronic speckle pattern interferometry with the digital image correlation to measure the strains in a wide range of load situations. -The subsequent comparison of digital image correlation and electronic speckle pattern interferometry. -The finite element simulation, improved by the results of the measurements, is used to explain the measured signal of the following thermoelastic stress analysis. Concluding it is necessary, to use the advantages of different measurement systems to achieve a precise understanding and exact description of the strain distributions. The combination of thermal, optical and ultrasonic measurement systems gives more precise information of the stressed areas, than only one of the measurement system with the highest accuracy.

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Metadaten
Verfasserangaben:Martin Bos
URN (Permalink):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-23604
Betreuer:Rüdiger Haberland
Dokumentart:Dissertation
Sprache der Veröffentlichung:Deutsch
Jahr der Fertigstellung:2009
Jahr der Veröffentlichung:2009
Veröffentlichende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Titel verleihende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Datum der Annahme der Abschlussarbeit:30.03.2009
Datum der Publikation (Server):15.07.2009
Freies Schlagwort / Tag:Grauwertkorrelation
Digital Image Correlation; ESPI; TSA; fibre reinforced plastic; weld
GND-Schlagwort:Deformationsmessung; Dehnungsmessung; Kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoffwerkstoff; Kunststoffschweißen; Optische Messtechn; Spannungsanalyse
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Sachgruppen:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Lizenz (Deutsch):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vor dem 27.05.2011