 | Liebers N. Ultraschallsensorgeführte Infusions- und Ausharteprozesse für Faserverbundkunststoffe: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Braunschweig. – Köln: DLR, 2018. - XV,197 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2018-16). - Res. auch engl. - Literatur: S.163-172.
- ISSN 1434-8454
Шифр: (Pr 1120/2018-16) 02
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Symbolverzeichnis .............................................. xi
1 Einleitung ................................................. 1
2 Stand der Technik .......................................... 3
2.1 Herstellung von Faserverbundstrukturen ..................... 3
2.1.1 Prepregverfahren .................................... 3
2.1.2 Injektionsverfahren: Resin Transfer Moulding ........ 4
2.1.3 Infusionsverfahren .................................. 4
2.1.4 Vernetzung von Epoxidharzen ......................... 8
2.2 Messverfahren zur überwachung von Herstellungsprozessen
von Faserverbunden ........................................ 11
2.2.1 Messverfahren zur überwachung von
Faserverbundprozessen .............................. 11
2.2.2 Ultraschallbasierte Messverfahren zur überwachung
von Faserverbundprozessen .......................... 14
2.3 Theoretische Grundlagen zum Ultraschall ................... 16
2.3.1 Ausbreitung von Schallwellen ...................... 16
2.3.2 Erzeugung und Detektion von Schallwellen ........... 20
2.4 Bewertung Stand der Technik ............................... 23
3 Motivation und Zielstellung der Arbeit .................... 27
3.1 Motivation ................................................ 27
3.2 Forschungshypothese ....................................... 29
3.3 Gliederung der Arbeit .................................... 30
4 Entwicklung geeigneter Sensoren und Charakterisierung
des Systems ............................................... 33
4.1 Prozessüberwachung mit am Formwerkzeug applizierten
piezoelektrischen Keramiken ............................... 33
4.1.1 Experimenteller Vergleich unterschiedlicher
piezoelektrischer Schallwandler .................... 35
4.1.2 Formwerkzeugintegration der piezoelektrischen
Schallwandler ...................................... 40
4.2 Verwendetes Messsystem .................................... 42
4.3 Verwendete Signalverarbeitung und -auswertung ............. 43
4.4 Modellhafte Beschreibung des Systems aus Schallwandler.
Formwerkzeug und Bauteil .................................. 47
4.5 Analytische Optimierung des Sensorvorlaufs für den
Impuls-Echo-Betrieb ...................................... 55
4.6 Zusammenfassung ........................................... 64
5 Überwachung von Fließprozessen bei
Harzinjektionsverfahren ................................... 65
5.1 Detektion der Harzankunft ................................. 65
5.2 Bestimmung der Fließgeschwindigkeit ....................... 71
5.2.1 Charakterisierung des Signalverlaufs während des
Fließfrontdurchgangs ............................... 72
5.2.2 Optische Verifizierung mit automatisierter
Bildauswertung ..................................... 81
5.3 Bestimmung der Fließrichtung .............................. 93
5.3.1 Charakterisierung des Signalverlaufs während des
Fließfrontdurchgangs ............................... 94
5.3.2 Optische Verifizierung mit automatisierter
Bildauswertung ..................................... 97
5.4 Zusammenfassung .......................................... 100
6 Überwachung der Harzaushärtung ........................... 103
6.1 Detektion des Gel- und des Vitrifikationspunktes ......... 103
6.1.1 Messmethode zur simultanen Bestimmung von
akustischen und rheologischen Eigenschaften ....... 103
6.1.2 Korrelation der Messergebnisse ................... 106
6.1.3 Automatisierung der Bestimmung der Gel- und
Vitrifikationspunkte mit Hilfe von künstlichen
neuronalen Netzen ................................. 108
6.2 Bestimmung des Vernetzungsgrades ......................... 115
6.3 Zusammenfassung .......................................... 119
7 Überwachung der Laminatdicke ............................. 121
7.1 Relevante Methoden zur Bestimmung der Laminatdicke ....... 121
7.2 Dickenmessung mit Hilfe von Ultraschall ................. 121
7.3 Ultraschallbasierte Laminatdickenmessung ................. 123
7.3.1 Annahme einer konstanten Schallgeschwindigkeit .... 123
7.3.2 Kompensation der Schallgeschwindigkeit bei
Serienprozessen ................................... 123
7.3.3 Kompensation der Schallgeschwindigkeit durch
vorherige Kalibrierung ............................ 124
7.3.4 Kompensation der Schallgeschwindigkeit durch
in-situ-Kalibrierung ............................. 125
7.4 Charakterisierung Einflusses des Faservolumengehaltes .... 125
7.4.1 Triaxiales Glasfasergelege ........................ 126
7.4.2 Triaxiales Kohlenstofffasergelege ................. 129
7.4.3 Berechnung der vom Faservolumengehalt abhängigen
Schallgeschwindigkeit ............................. 132
7.5 Validierung der ultraschallbasierten Dickenmessung mit
Wirbelstromabstandssensor ................................ 134
7.6 Messverfahren zur simultanen Messung von
Schallgeschwindigkeit und Laminatdicke ................... 139
7.7 Zusammenfassung .......................................... 142
8 Demonstration an autoklavbasierter Infusion einer
Flügelrippe .............................................. 145
8.1 Demonstrationsbauteil .................................... 145
8.2 Sensorintegration ........................................ 146
8.3 Überwachung der Fließfrontausbreitung .................... 148
8.4 Überwachung der Laminatdickenentwicklung ................. 153
8.5 Überwachung der Aushärtung ............................... 156
8.6 Zusammenfassung .......................................... 157
9 Zusammenfassung und Ausblick ............................. 159
9.1 Zusammenfassung .......................................... 159
9.2 Ausblick ................................................ 161
Literatur ..................................................... 163
Abbildungsverzeichnis ......................................... 173
Tabellenverzeichnis ........................................... 181
Anhang ........................................................ 183
A Akustische Materialdaten ................................. 183
A.l Literaturwerte ........................................... 183
A.2 Gemessene Schallgeschwindigkeit metallischer Werkstoffe
in Abhängigkeit der Temperatur ........................... 184
B Erläuterung eines B-Bildes ............................... 186
C Signalanalyse zur Bestimmung der Parameter zur
Modellbildung in Kapitel 4.4 ............................. 187
D Ergänzung zu Kapitel 5.2 ................................. 189
D.1 Analyse des gemessenen Impuls-Echo-Zeitsignals ........... 189
D.2 Modellbildung ............................................ 190
D.3 Berechnungsergebnisse des Amplitudenabfalls während des
Fließfrontdurchgangs (Ergänzung zu Abschnitt 5.2.2) ...... 192
E Detektion des Gel- und Vitrifikationspunktes mit
künstlichen, neuronalen Netzen ........................... 194
F Vergleich der Laminatdickenmessung mit Ultraschall und
Wirbelstromabstandssensoren .............................. 196
G Bauteildicken der Rippe .................................. 197
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