C04 - Lokale und integrale in situ Analyse prozess- und betriebsbedingter Schädigungseffekte von Fügeverbindungen
Die bei der Herstellung und Beanspruchung von mechanischen Fügeverbindungen wirkenden Deformations- und Schädigungsphänomene lassen sich aufgrund der eingeschränkten Zugänglichkeit der Fügestelle bisher nicht direkt beobachten und näher charakterisieren. Vielmehr muss eine Verbindung während des umformtechnischen Herstellungsprozesses oder zur Bewertung der Folgen einer Belastung zunächst entlastet und aufwändig, im Allgemeinen zerstörend, präpariert und analysiert werden. Bei dieser ex situ Analyse kommt es infolge der Entlastung zur Rückstellung elastischer Deformationen, wobei sich eingebrachte Risse potentiell schließen und somit nicht oder nur eingeschränkt detektiert werden können.
Das übergeordnete Ziel dieses Teilprojekts ist die Entwicklung und Umsetzung zweier komplementärer experimenteller Verfahren zur zerstörungsfreien in situ Analyse von Fügeverbindungen. Die beiden zu entwickelnden Verfahren ergänzen einander derart, dass sie eine örtlich und zeitlich hochaufgelöste Analyse der Fügestelle sowohl während ihrer Entstehung als auch unter Belastung ermöglichen. Für die Entwicklung und Adaption der beiden Messverfahren selbst sowie der phänomenologischen Zuordnung der Versuchsdaten ist ein methodenbasiertes Vorgehen zur Interpretation und Zusammenführung der zeitlich sowie örtlich aufgelösten Messinformationen zu entwickeln. Das Teilprojekt leistet einen wesentlichen Beitrag dazu, das Ziel der Wandlungsfähigkeit in der mechanischen Fügetechnik zu erreichen, da sowohl die Fügestellenherstellung als auch die Fügestellenbelastung einer bisher nicht realisierbaren Detailanalyse unterzogen und so die Ursache-Wirkungs-Beziehungen beider Lebensphasen aufgedeckt werden können.
Zur örtlich hochauflösenden Analyse soll ein neuartiges in situ Verfahren unter Nutzung der Röntgencomputertomografie (in situ CT) entwickelt werden, mit welchem während des Fügeprozesses bzw. der Beanspruchung die Fügezone dreidimensional erfasst werden kann. Die CT als Werkzeug zur Qualitätsbewertung von Fügestellen in größeren Baugruppen ist aufgrund des begrenzten Messvolumens nur eingeschränkt nutzbar. An dieser Stelle setzt das zweite zu entwickelnde Verfahren an, die Transiente Dynamische Analyse (TDA). Es basiert auf der gezielten Einleitung von Ultraschallwellen in die gefügte Struktur und auf der Erfassung des Antwortverhaltens in Form der durch die Fügestelle übertragenen Energiebeiträge. Die dissipierten Energiebeiträge infolge einer Werkstoffschädigung oder einer unzureichenden Fügestelle können aufgrund ihrer Charakteristik über Frequenz und Amplitude unterschieden werden. Durch die Einkopplung der Ultraschallwellen lassen sich mit hoher zeitlicher Auflösung Änderungen im Antwortverhalten und damit eine Veränderung des charakteristischen Profils detektieren. Die detaillierten Aufnahmen der CT ermöglichen eine eindeutige Zuordnung der gemessenen charakteristischen TDA-Antwortprofile zu konkreten Schädigungsausprägungen im Werkstoff.
