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Vortrag

Faseroptische Schadensüberwachung von GFK-Blattfedern mittels struktureller Schadensindikatoren

Mittwoch (22.05.2019)
11:00 - 11:20 Uhr

Die Verwendung von Blattfedern aus Glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) führt zu einer signifikanten Gewichtsreduktion im Vergleich zu herkömmlichen Stahl-Blattfedern. Zudem lassen sich auch Materialdämpfungseigenschaften von GFK-Blattfedern nutzen, um das NVH-Verhalten (Noise, Vibration & Harshness; Schwingungs- und Geräuschverhalten) von Fahrzeugen zu verbessern. Das Ermüdungsverhalten von GFK ist jedoch, speziell unter Berücksichtigung der zyklischen, dynamischen und thermischen Belastung, als sehr komplex einzustufen. Eine erhöhte Anzahl von Inspektionen ist aus der Perspektive der Endnutzer zudem sehr unattraktiv, da dies zu einem erhöhten zeitlichen und finanziellen Aufwand führt. Daher muss bei der Verwendung einer GFK-Blattfeder eine sehr konservative Auslegung durchgeführt werden, bei der die strukturelle Integrität der GFK-Blattfeder unterschätzt wird.


Viel Potential bietet daher der Einsatz eines Structural Health Monitoring (SHM) in Kombination mit GFK-Blattfedern. Von besonderem Interesse sind hier faseroptische Sensoren. Sie können direkt während der Fertigung integriert werden und ermöglichen so Dehnungsmessungen in der Blattfeder.


Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Überwachungsansatz basierend auf strukturmechanischen Berechnungen untersucht. Betrachtet wird ein bauteilnaher Versuchsaufbau bestehend aus Blattfeder, Schäkel und Bolzenverbindung, wobei der Fokus auf der Blattfeder liegt. Im ersten Schritt wird der Prüfkörper strukturmechanisch charakterisiert. Hierbei werden Effekte wie Randstörungen von den Lagerungen und der Lastaufbringung betrachtet. Die dazugehörigen Bereiche sollen für die Messung gemieden werden. Im nächsten Schritt werden die zu erwartenden Schäden in das numerische Modell integriert, um die Auswirkungen dieser auf das strukturmechanische Verhalten zu erfassen und möglichst sensitive strukturelle Schadensindikatoren abzuleiten. Als besonders vielversprechend zeigt sich die Verwendung der sogenannten Nulldehnungsrichtung. In dieser Richtung hebt sich die Längsdehnung durch die aufgebrachte Biegung mit der Querkontraktion auf, so dass im Referenzzustand bei einer Dehnungsmessung ein Messwert von null vorliegt. Sobald jedoch ein Schaden vorliegt, wird die Spannung um diesen herumgeleitet. Aufgrund der Veränderung des Spannungszustands tritt eine signifikante Dehnung in Nulldehnungsrichtung auf, die dem Schaden zugeordnet werden kann.

Sprecher/Referent:
Andreas Preisler
RWTH Aachen University
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Friedrich Wolf-Monheim
    Ford-Werke GmbH
  • Dr. Athanasios Dafnis
    RWTH Aachen University
  • Prof. Dr. Kai-Uwe Schröder
    RWTH Aachen University
  • Dr. Friedrich Wolf-Monheim
    Ford-Werke GmbH
  • Prof. Dr. Pim van der Jagt
    Ford-Werke GmbH
  • Dr. Wolfgang David
    Ford-Werke GmbH
  • Dr. Paul Zandbergen
    Ford-Werke GmbH