Die Impulsthermografie (PT) gehört zu den zerstörungsfreien Prüfverfahren und wird für die Detektion und Quantifizierung von verdeckten Fehlstellen in einem Bauteil eingesetzt. Bei Materialien, die im Wellenlängenbereich der optischen Anregungsquelle und der Infrarot(IR)-Kamera teiltransparent sind, z.B. glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), können die bestehenden Auswertemethoden der PT nicht angewendet werden, da diese auf mathematischen Modellen basieren, die opake Materialien beschreiben. Somit muss derzeit für die Quantifizierung der Tiefe von Fehlstellen in teiltransparenten Prüfobjekten die Prüfobjektoberfläche schwarz beschichtet werden. Da dies im realen Anwendungsfall oft unerwünscht ist, ist das Ziel dieser Arbeit, neue thermografische Auswertungstechniken zu entwickeln, mit denen die Quantifizierung von Fehlstellen in teiltransparenten Festkörpern ohne eine Oberflächenschwärzung erfolgen kann. Hierfür werden bereits bekannte mathematische Modelle zur Beschreibung von PT-Experimenten erweitert und auf teiltransparente Materialien mit Fehlstellen angepasst, sodass durch eine Rekonstruktion der Messdaten mit Hilfe dieser neuen Modelle die Tiefe von realen Delaminationen in GFK bestimmt werden kann, ohne dabei die Bauteiloberflächen zu beschichten. Bei thermografischen Messungen an teiltransparenten Materialien empfängt eine IR-Kamera Strahlung nicht nur von der Materialoberfläche, wie bei opaken Materialien, sondern zusätzlich aus dem Volumen. Für die Rekonstruktion von PT-Experimenten an teiltransparenten Materialien wird für die mathematische Modellierung der IR-Kamera nur das Temperaturfeld und nicht das Strahlungsfeld berücksichtigt. Durch einen Vergleich zwischen der bisher üblichen mathematischen Modellierung und der neu entwickelten Modellierung der IR-Kamera, die das Strahlungsfeld berücksichtigt, konnte gezeigt werden, dass bei Vernachlässigung des Strahlungsfeldes die Modellparameter (absorbierte Energie und die Absorptionskoeffizienten) bei der Rekonstruktion beeinflusst werden können, welche die Heizphase eines PT-Experiments bestimmen. Dies zeigt, dass die übliche Modellierung im betrachteten Anwendungsfall zwar unter Verwendung effektiver Modellparameter eingesetzt werden kann, die zugrundeliegende Physik aber unzureichend abbildet. Ein weiterer wichtiger Faktor für die vollständige Modellierung einer IR-Kamera ist die spektrale Empfindlichkeit des IR-Kamerasystems. Da diese im Allgemeinen nicht bekannt ist, wurde unter Verwendung von Bandpassfiltern, einem Schwarzkörperstrahler und einem mathematischen Modell ein neues praxisnahes Verfahren entwickelt, mit welchem die spektrale Empfindlichkeit von beliebig komplexen IR-Kamera-Gesamtsystemen charakterisiert werden kann. In dieser Arbeit konnte durch die Rekonstruktion der Messdaten von PT-Experimenten mit monochromatischer Anregungsquelle an teiltransparenten Probekörpern mithilfe mathematischer Modelle gezeigt werden, dass die verwendeten 1D-Modelle, die bisher nur für homogene Materialien verwendet wurden, auch für heterogene Materialien wie z.B. GFK geeignet sind. Dazu muss jedoch die Modellierung der Absorption über zwei effektive Absorptionskoeffizienten (für verschiedene Materialanteile) erfolgen. So konnten die Diffusivität und die Absorptionskoeffizienten in verschiedenen Messkonfigurationen mit den jeweils geeigneten Modellen bestimmt werden. Mit den hier entwickelten numerischen Modellen konnte nachgewiesen werden, dass die Quantifizierung der Breite und Tiefe von künstlichen (Nuten) und realen (Delaminationen) Fehlstellen in teiltransparenten Materialien auch ohne zusätzliche Beschichtungen bestimmt werden kann.


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    Titel :

    Quantifizierung von Fehlstellen in teiltransparenten Festkörpern mittels der Impulsthermografie


    Weitere Titelangaben:

    Quantification of defects in semitransparent solids by means of impulse thermography


    Beteiligte:
    Bernegger, Raphael Kim (Autor:in) / Technische Universität Berlin (Gastgebende Institution)

    Erscheinungsdatum :

    2021



    Medientyp :

    Sonstige


    Format :

    Elektronische Ressource


    Sprache :

    Deutsch



    Klassifikation :

    DDC:    629




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