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Der Einsatz kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK) ist schon lange nicht mehr
nur auf die Luft- und Raumfahrt begrenzt, sondern findet auch breite Anwendung in
anderen Industriezweigen wie der Automobilbranche, der Sport- und Freizeitindustrie,
der Medizintechnik und weiteren Branchen. Deswegen sind für diese Werkstoffe in
der Produktion und in der Gebrauchsphase effiziente Prüfverfahren erforderlich. Die
Akzeptanz der Industrie hinsichtlich eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung
(ZfP) ist im Wesentlichen von der Zuverlässigkeit und der Genauigkeit der quantitativen
Angaben abhängig. Eine geeignete Methode zur Prüfung von Verbundwerkstoffen
ist die Infrarot-Thermografie (IRT), eine optische und bildgebende Prüfmethode zur
Erfassung der Oberflächentemperatur, die sich vor allem in den letzten Jahren stark
weiterentwickelt hat. Aktuell verwendete Methoden zur zeitaufgelösten und lateral
ortsaufgelösten Quantifizierung von Defekten im Rahmen der IRT basieren auf der
direkten Auswertung der aufgenommenen Infrarot-Bilder, was in Bezug auf die Empfindlichkeit
gegenüber tieferliegenden Defekten und der Genauigkeit bei der Angabe
der lateral Größe jedoch stark limitiert ist.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der zeitaufgelösten und lateral ortsaufgelösten Quantifizierung von Defekten in CFK unter Verwendung der passiven Thermografie
während der Schädigungsentstehung sowie der aktiven Thermografie als
unabhängige Inspektionsmethode. Das Potenzial der Quantifizierung anhand von
Amplituden- und Phasenbildern der aktiven und passiven Thermografie wird mit den
bekannten Methoden der Analyse der IR-Bilder verglichen. Hierfür werden drei voneinander
unabhängige Anwendungsfälle verwendet: die aktive Thermografie zur ZfP
an CFK Platten mit künstlichen Delaminationen in Form von Folien, die In-situ-
Überwachung im Rahmen der quasi-statischen Zugprüfung unter Verwendung der
passiven Thermografie und die Visualisierung von Impactschädigungen mit Hilfe der
passiven und aktiven Thermografie. Die Genauigkeit der Quantifizierung ist vor allem
von dem durch einen Defekt verursachten Kontrast abhängig, welcher durch die Auswertung
der Amplituden- und Phasenbilder erheblich gesteigert wird. Die Angabe zur
lateralen Defektgröße ist damit insgesamt genauer und ermöglicht auch die Quantifizierung
tieferliegender Defekte. Auch die Beschreibung des Degradationsverhaltens
kann durch Verwendung der Amplitudenbilder zuverlässiger umgesetzt werden, wobei
Schädigungsereignisse im Rahmen der In-situ-Überwachung auch noch in der vierten
Lage (in einer Tiefe von etwa 0,4 mm) visualisiert werden können. Bei der Visualisierung
von Impactschädigungen kann sowohl die passive, als auch die aktive Thermografie
verwendet werden, wobei die Auswertung der Amplituden- und Phasenbilder
ebenso geeignet ist wie die der IR-Bilder.