Dissertationen
https://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/2007042417809
2024-03-19T09:06:07ZUntersuchung von Gussporen in einer Aluminium-Gusslegierung mit der Computertomographie
https://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/14214
In dieser Arbeit wird das Schädigungsverhalten einer Aluminium-Gusslegierung anhand von zweidimensionalen und dreidimensionalen Verfahren untersucht. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf innenliegenden Gussdefekten wie Gas- und Schrumpfungsporen. Die Schädigungsentwicklung unter schwingender Belastung, sowie der Einfluss auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften sowie die Wechselwirkung verschiedener Gussdefekte werden dabei untersucht. Insbesondere wird der beim Versagensverhalten entscheidende Einfluss von Porosität betrachtet. Die damit einhergehenden verschiedenen Aspekte der Rissinitiierung und Rissausbreitung an Poren werden hierzu ebenfalls diskutiert.Die durch den Probenabguss in einer Vollformgusskokille erzeugte Porosität wurde durch zweidimensionale Metallographie und dreidimensionale Computertomographie charakterisiert. Die Ergebnisse der mikrostrukturellen Charakterisierung wurden analysiert, und es wurde ein Vergleich zwischen der zweidimensionalen und der dreidimensionalen Analysetechnik mittels Computertomographie (μ-CT) durchgeführt. Die μ-CT Volumendaten wurden anhand der seriellen Schnitttechnik validiert. Ermüdungstest wurden mit abgegossenen Proben durchgeführt, um das Ermüdungsverhalten an innenliegenden Gussdefekten zu untersuchen. Das Versagensverhalten durch innere und oberflächennahe Schrumpfungsporen an Materialbrücken wurde untersucht und in Wechselwirkung mit Gasporen beurteilt. Hierzu wurden die Bruchflächen der Ermüdungsproben mit der μ-CT sowie der Rasterelektronenmikroskopie evaluiert. Versagensfälle durch Gasporen & MgO-Einschlüsse wurden bewertet. Ermüdungsversuche mit konstantem Lastniveau wurden durchgeführt, um eine Erklärung für die ausgeprägte Streuung der Lebensdauer zu finden sowie die Schädigungsentwicklung unter Ermüdungsbelastung zu erforschen. Aus einer Probenserie von dreißig abgegossenen Ermüdungsproben wurden hierzu vier Ermüdungsproben durch fortlaufende Beobachtung des Schädigungsprozesses überwacht und beurteilt. Dies wurde Anhand von wiederholter Tomographie durchgeführt, um die Schädigungsentwicklung an innenliegenden Defekten zu untersuchen.; In this thesis, the damage behavior of an Aluminum-Silicon casting alloy is investigated using two-dimensional and three-dimensional methods. The main focus is on internal casting defects such as gas and shrinkage pores. The fatigue damage under oscillating load, the influence on the microstructure and the mechanical properties as well as the interaction of various casting defects are investigated. In particular, the detrimental influence of porosity in cast aluminium materials is studied in this work. The associated various aspects of crack initiation and crack propagation on pores are also discussed. The porosity of specimens casted in a full-mold casting process was characterized by twodimensional metallography and three-dimensional computed tomography. The results of the microstructural characterization were analyzed and a comparison between the two-dimensional and the three-dimensional analysis technique was carried out. The μ-CT volume data were validated using the serial cutting technique. Fatigue tests were performed with cast samples to investigate fatigue behavior on internal casting defects. The failure behaviour of internal and near-surface shrinkage pores on material bridges was investigated and studied in interaction with gas pores. For this purpose, the fracture surfaces of the fatigue samples were evaluated using μ-CT and scanning electron microscopy. Failure cases due to gas pores & MgO inclusions were evaluated. Fatigue tests with a constant load level were carried out in order to find an explanation for the pronounced dispersion of the fatigue life and to investigate the development of damage under fatigue load. From a sample series of thirty casted specimen samples, four samples were investigated and evaluated by continuous observation of the damage process. This was done using repeated tomography to investigate the role of internal defects to fatigue damage.
2022-04-01T00:00:00ZLütje, MartinIn dieser Arbeit wird das Schädigungsverhalten einer Aluminium-Gusslegierung anhand von zweidimensionalen und dreidimensionalen Verfahren untersucht. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf innenliegenden Gussdefekten wie Gas- und Schrumpfungsporen. Die Schädigungsentwicklung unter schwingender Belastung, sowie der Einfluss auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften sowie die Wechselwirkung verschiedener Gussdefekte werden dabei untersucht. Insbesondere wird der beim Versagensverhalten entscheidende Einfluss von Porosität betrachtet. Die damit einhergehenden verschiedenen Aspekte der Rissinitiierung und Rissausbreitung an Poren werden hierzu ebenfalls diskutiert.Die durch den Probenabguss in einer Vollformgusskokille erzeugte Porosität wurde durch zweidimensionale Metallographie und dreidimensionale Computertomographie charakterisiert. Die Ergebnisse der mikrostrukturellen Charakterisierung wurden analysiert, und es wurde ein Vergleich zwischen der zweidimensionalen und der dreidimensionalen Analysetechnik mittels Computertomographie (μ-CT) durchgeführt. Die μ-CT Volumendaten wurden anhand der seriellen Schnitttechnik validiert. Ermüdungstest wurden mit abgegossenen Proben durchgeführt, um das Ermüdungsverhalten an innenliegenden Gussdefekten zu untersuchen. Das Versagensverhalten durch innere und oberflächennahe Schrumpfungsporen an Materialbrücken wurde untersucht und in Wechselwirkung mit Gasporen beurteilt. Hierzu wurden die Bruchflächen der Ermüdungsproben mit der μ-CT sowie der Rasterelektronenmikroskopie evaluiert. Versagensfälle durch Gasporen & MgO-Einschlüsse wurden bewertet. Ermüdungsversuche mit konstantem Lastniveau wurden durchgeführt, um eine Erklärung für die ausgeprägte Streuung der Lebensdauer zu finden sowie die Schädigungsentwicklung unter Ermüdungsbelastung zu erforschen. Aus einer Probenserie von dreißig abgegossenen Ermüdungsproben wurden hierzu vier Ermüdungsproben durch fortlaufende Beobachtung des Schädigungsprozesses überwacht und beurteilt. Dies wurde Anhand von wiederholter Tomographie durchgeführt, um die Schädigungsentwicklung an innenliegenden Defekten zu untersuchen.
In this thesis, the damage behavior of an Aluminum-Silicon casting alloy is investigated using two-dimensional and three-dimensional methods. The main focus is on internal casting defects such as gas and shrinkage pores. The fatigue damage under oscillating load, the influence on the microstructure and the mechanical properties as well as the interaction of various casting defects are investigated. In particular, the detrimental influence of porosity in cast aluminium materials is studied in this work. The associated various aspects of crack initiation and crack propagation on pores are also discussed. The porosity of specimens casted in a full-mold casting process was characterized by twodimensional metallography and three-dimensional computed tomography. The results of the microstructural characterization were analyzed and a comparison between the two-dimensional and the three-dimensional analysis technique was carried out. The μ-CT volume data were validated using the serial cutting technique. Fatigue tests were performed with cast samples to investigate fatigue behavior on internal casting defects. The failure behaviour of internal and near-surface shrinkage pores on material bridges was investigated and studied in interaction with gas pores. For this purpose, the fracture surfaces of the fatigue samples were evaluated using μ-CT and scanning electron microscopy. Failure cases due to gas pores & MgO inclusions were evaluated. Fatigue tests with a constant load level were carried out in order to find an explanation for the pronounced dispersion of the fatigue life and to investigate the development of damage under fatigue load. From a sample series of thirty casted specimen samples, four samples were investigated and evaluated by continuous observation of the damage process. This was done using repeated tomography to investigate the role of internal defects to fatigue damage.Simulationen und Experimente im Schwellenwertbereich zur Aufklärung der Risswachstumsmechanismen in einer Aluminiumlegierung
https://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/12554
Lange Risse, die bei Belastungen nahe des Schwellenwerts wachsen, können Ausbreitungscharakteristika zeigen, welche denen kurzer Stadium I-Risse ähneln. Neben einer lokalen Blockade der Rissfront durch Teilchen einer zweiten Phase ist ein schubspannungsgesteuerter Rissfortschritt ein interessanter Effekt, der bei diesen Belastungsbedingungen auftritt. Das berichtete Verhalten wird im Rahmen dieser Arbeit auf das Rissspitzenfeld zurückgeführt. Zu diesem Zweck wurden Risswachstumsexperimente mit angerissenen Flachproben einer kommerziellen Aluminiumlegierung durchgeführt. Die Belastung erfolgte in solcher Weise, dass sich der Riss bei einem nominell konstanten Wert der Schwingbreite des Spannungsintensitätsfaktors ausbreitete. Dadurch war es möglich, einen sehr langsamen Rissfortschritt langer Risse zu realisieren und die Wechselwirkung des Rissspitzenfeldes mit der Mikrostruktur zu untersuchen. Im Fall, dass die Rissspitze in einem großen Korn lokalisiert war, wurden schubspannungsdominierte Zick-Zack-Risspfade beobachtet, welche sich entlang niedrig indizierter Kristallebenen erstreckten. Eine Analyse des Rissspitzenfeldes mittels der Methode der Elektronenrückstreubeugung (EBSD) im Rasterelektronenmikroskop (REM) ergab, dass die plastische Zone vor der Rissspitze dieser Risse deutlich von der klassischen Modus I-Form abweicht und der Riss in Richtung des asymmetrischen Rissspitzenfeldes wächst. Zum besseren Verständnis dieses Effekts wurde die dreidimensionale Mikrostruktur in der Nähe der Rissspitze einer Probe, welche einen Zick- Zack-Risspfad zeigte, durch Kombination von hochauflösender Computertomographie mit EBSD-Messungen im REM aufgelöst. Die Auswertung des Rissspitzenfeldes in dem digitalen Mikrostrukturmodell mit Riss erfolgte mittels des Kristallplastizitätscodes DAMASK unter Benutzung des integrierten Fourier-Spektrallösers. Ähnlich der Ergebnisse des Experiments zeigte der rotatorische Anteil der plastischen Verformung, d. h. der simulierte Wert des Missorientierungsfeldes, deutliche Lokalisierungseffekte entlang niedrig indizierter Kristallebenen. Hierbei stellte sich heraus, dass die “anomale” Ausrichtung des Rissspitzenfeldes aus plastischen Vorgängen lediglich auf einem Gleitsystem des Aluminiumkristalls resultiert. Dieser Effekt konnte mit der Lage des Burgers-Vektors der Versetzungen korreliert werden. In Simulationen mit abgeleiteten Modellvarianten wurde des Weiteren festgestellt, dass die Zone rotatorischer Verformung in ihrer Ausprägung auf nicht-triviale Weise von der kristallographischen Orientierung des Korns, welches die Rissspitze enthält, in Bezug auf die angelegte Belastung und den Risspfad abhängt. Diese Ergebnisse zeigen, wie dreidimensionale Simulationen auf Basis der Kristallplastizität zu einem besseren Verständnis der experimentell beobachteten Effekte beitragen können.
2020-01-01T00:00:00ZWicke, MarcelLange Risse, die bei Belastungen nahe des Schwellenwerts wachsen, können Ausbreitungscharakteristika zeigen, welche denen kurzer Stadium I-Risse ähneln. Neben einer lokalen Blockade der Rissfront durch Teilchen einer zweiten Phase ist ein schubspannungsgesteuerter Rissfortschritt ein interessanter Effekt, der bei diesen Belastungsbedingungen auftritt. Das berichtete Verhalten wird im Rahmen dieser Arbeit auf das Rissspitzenfeld zurückgeführt. Zu diesem Zweck wurden Risswachstumsexperimente mit angerissenen Flachproben einer kommerziellen Aluminiumlegierung durchgeführt. Die Belastung erfolgte in solcher Weise, dass sich der Riss bei einem nominell konstanten Wert der Schwingbreite des Spannungsintensitätsfaktors ausbreitete. Dadurch war es möglich, einen sehr langsamen Rissfortschritt langer Risse zu realisieren und die Wechselwirkung des Rissspitzenfeldes mit der Mikrostruktur zu untersuchen. Im Fall, dass die Rissspitze in einem großen Korn lokalisiert war, wurden schubspannungsdominierte Zick-Zack-Risspfade beobachtet, welche sich entlang niedrig indizierter Kristallebenen erstreckten. Eine Analyse des Rissspitzenfeldes mittels der Methode der Elektronenrückstreubeugung (EBSD) im Rasterelektronenmikroskop (REM) ergab, dass die plastische Zone vor der Rissspitze dieser Risse deutlich von der klassischen Modus I-Form abweicht und der Riss in Richtung des asymmetrischen Rissspitzenfeldes wächst. Zum besseren Verständnis dieses Effekts wurde die dreidimensionale Mikrostruktur in der Nähe der Rissspitze einer Probe, welche einen Zick- Zack-Risspfad zeigte, durch Kombination von hochauflösender Computertomographie mit EBSD-Messungen im REM aufgelöst. Die Auswertung des Rissspitzenfeldes in dem digitalen Mikrostrukturmodell mit Riss erfolgte mittels des Kristallplastizitätscodes DAMASK unter Benutzung des integrierten Fourier-Spektrallösers. Ähnlich der Ergebnisse des Experiments zeigte der rotatorische Anteil der plastischen Verformung, d. h. der simulierte Wert des Missorientierungsfeldes, deutliche Lokalisierungseffekte entlang niedrig indizierter Kristallebenen. Hierbei stellte sich heraus, dass die “anomale” Ausrichtung des Rissspitzenfeldes aus plastischen Vorgängen lediglich auf einem Gleitsystem des Aluminiumkristalls resultiert. Dieser Effekt konnte mit der Lage des Burgers-Vektors der Versetzungen korreliert werden. In Simulationen mit abgeleiteten Modellvarianten wurde des Weiteren festgestellt, dass die Zone rotatorischer Verformung in ihrer Ausprägung auf nicht-triviale Weise von der kristallographischen Orientierung des Korns, welches die Rissspitze enthält, in Bezug auf die angelegte Belastung und den Risspfad abhängt. Diese Ergebnisse zeigen, wie dreidimensionale Simulationen auf Basis der Kristallplastizität zu einem besseren Verständnis der experimentell beobachteten Effekte beitragen können.Oberflächennahe Schädigung von Superlegierungen unter Hochtemperatur
https://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/11608
In der vorliegenden Arbeit wird die Alterung von Nickelbasislegierungen in Oberflächennähe betrachtet. Dabei wird der Einfluss von Temperatur und Zeit in Zusammenhang mit der Oberflächenrauheit, Deformation und der Konzentration von Natriumsulfat an der Probenoberfläche untersucht. Zur Quantifizierung der Schädigung kommen rasterelektronenmikroskopische Methoden wie EBSD und EDX zum Einsatz.
Es wird gezeigt, dass die analysierten Verarmungs- und Vergröberungsprozesse der Gamma'-Ausscheidungen eine deutliche Legierungsabhängigkeit haben. Besonders die Gamma'-Bildner Tantal und Titan zeigen das Potenzial die Ausscheidungen zu stabilisieren. Darüber hinaus ist der Anteil von Kirkendall-Poren in Legierungen mit mittlerem Titangehalt niedriger. Jedoch zeigt sich auch die Anfälligkeit zu innerer Oxidation und Bildung von Ausscheidungen, welche die Stabilität von Oxidschichten herabsetzen.
Die plastische Deformation resultiert, neben sporadischer Rekristallisation in Gamma'-verarmten Bereichen, in der verstärkten Oxidation von Nickel. Diese Änderung der Oxidationskinetik wird durch die höhere Versetzungsdichte begründet. Ein Korrosionsfortschritt an den Korngrenzen kann in dieser Experimentreihe nicht beobachtet werden.
Im abschließenden Kapitel dieser Arbeit wird gezeigt, dass Natriumsulfat bei gleichzeitiger Auslagerung auf Temperaturen zwischen 900 °C - 1000 °C Rekristallisationsprozesse auslösen kann. Diese finden unabhängig von äußerlich aufgebrachter Deformation durch die Volumenzunahme der sich im Inneren bildenden Oxide statt. Durch die Bildung einer Nickeloxidschicht an der Oberfläche ist der oxidative Fortschritt der Schädigung auf die neugebildeten Korngrenzen beschränkt. An diesen werden selektiv Gamma'-Bildner und Oxidschichtbildner gebunden. Es wird weiterhin gezeigt, dass die Bildung dieser strukturierten Schicht den Schädigungsprozess durch einen Schwefeltreibeffekt aufrecht erhält.
2020-02-01T00:00:00ZSteger, John-BjörnIn der vorliegenden Arbeit wird die Alterung von Nickelbasislegierungen in Oberflächennähe betrachtet. Dabei wird der Einfluss von Temperatur und Zeit in Zusammenhang mit der Oberflächenrauheit, Deformation und der Konzentration von Natriumsulfat an der Probenoberfläche untersucht. Zur Quantifizierung der Schädigung kommen rasterelektronenmikroskopische Methoden wie EBSD und EDX zum Einsatz.
Es wird gezeigt, dass die analysierten Verarmungs- und Vergröberungsprozesse der Gamma'-Ausscheidungen eine deutliche Legierungsabhängigkeit haben. Besonders die Gamma'-Bildner Tantal und Titan zeigen das Potenzial die Ausscheidungen zu stabilisieren. Darüber hinaus ist der Anteil von Kirkendall-Poren in Legierungen mit mittlerem Titangehalt niedriger. Jedoch zeigt sich auch die Anfälligkeit zu innerer Oxidation und Bildung von Ausscheidungen, welche die Stabilität von Oxidschichten herabsetzen.
Die plastische Deformation resultiert, neben sporadischer Rekristallisation in Gamma'-verarmten Bereichen, in der verstärkten Oxidation von Nickel. Diese Änderung der Oxidationskinetik wird durch die höhere Versetzungsdichte begründet. Ein Korrosionsfortschritt an den Korngrenzen kann in dieser Experimentreihe nicht beobachtet werden.
Im abschließenden Kapitel dieser Arbeit wird gezeigt, dass Natriumsulfat bei gleichzeitiger Auslagerung auf Temperaturen zwischen 900 °C - 1000 °C Rekristallisationsprozesse auslösen kann. Diese finden unabhängig von äußerlich aufgebrachter Deformation durch die Volumenzunahme der sich im Inneren bildenden Oxide statt. Durch die Bildung einer Nickeloxidschicht an der Oberfläche ist der oxidative Fortschritt der Schädigung auf die neugebildeten Korngrenzen beschränkt. An diesen werden selektiv Gamma'-Bildner und Oxidschichtbildner gebunden. Es wird weiterhin gezeigt, dass die Bildung dieser strukturierten Schicht den Schädigungsprozess durch einen Schwefeltreibeffekt aufrecht erhält.Optische Verformungsmessung an heterogenen Werkstoffsystemen
https://kobra.uni-kassel.de:443/handle/123456789/11506
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Anwendung der optischen Verformungsmessung auf heterogene Werkstoffsysteme untersucht, wobei dieses Verfahren auf unterschiedlichen Skalenebenen eingesetzt wird. Als erstes wird die digitale Bildkorrelation zur Temperaturüberwachung bei Hochtemperaturzugversuchen bis 350 °C an 0,6 mm dünnen lotplattierten Aluminiumprüfkörpern eingesetzt. Flächige Dehnungsauswertungen innerhalb des Prüfbereichs bestätigen die homogene Temperaturverteilung, wobei die Temperatur gleichzeitig mit einer Thermographiekamera und Thermoelementen bestimmt wurde. Mit diesem Aufbau lässt sich das dynamische Reckgleiten (PLC-Effekt) bei Raumtemperatur im Detail erfassen. Es können einzelne lokale Dehnungsbänder aufgelöst und deren Verlauf beschrieben werden. Im zweiten Anwendungsfall wird das Schädigungsverhalten von eigenverstärkten Polypropylen Kunststoffverbunden untersucht. Lokale Dehnungskonzentrationen unter quasi statischer Zugbelastung der Prüfkörper liefern Aufschluss über mögliche Schadstellen. Die Verformungsmessungen auf der Gewebestruktur der 2-lagigen Prüfkörper beschreiben das mechanische Verhalten des Verbundes, während die mikroskopische Analyse der Verschiebungen am Querschnitt eines 16-lagigen Mikrozugprüfkörpers die Interaktion der Gewebelagen zueinander beschreiben. Damit lassen sich darüber verschiedene versagenskritische Bereiche darstellen. Begleitende REM-Untersuchungen an belasteten und unbelasteten Prüfkörpern liefern sowohl Schwachstellen des mehrschichtigen Verbundes als auch die Art der Schädigung. Abschließend werden mittels optischer Verformungsmessungen die Eigenschaften der Verbundzonen von Einpresskontakten beschrieben. Da die Verbundzonen optisch nicht zugänglich sind, erfolgt eine indirekte Messung der Schädigung über die Antwort des mechanischen Systems. Durch den Einsatz virtueller Extensometer an allen kritischen Stellen des Verbundes lässt sich ein charakteristischer Verschiebungsverlauf ableiten, dem die Schädigung entnommen werden kann. Hochauflösende REM-Untersuchungen an definiert belasteten Prüfkörpern ermöglichen die Bestimmung der Risse in der Kontaktzone. Basierend auf den Experimenten wurde in einer parallelen Arbeit von K. Markstädter ein Simulationsmodell aufgebaut. Durch die Verwendung von im CT gescannten Pins und optisch vermessener Hülsendurchmesser im Simulationsmodell lässt sich das reale mechanische Verhalten simulieren und mit den dazugehörigen Experimenten abgleichen. Die Kombination aus Experiment und Simulation führt zur vollständigen Beschreibung des mechanischen Systems und zur Bestimmung des Schädigungsbeginns.; The present work investigates the application of optical deformation measurement to heterogeneous material systems with the method being used at different scale levels. First, digital image correlation is used for temperature monitoring in high-temperature tensile tests with testing temperature up to 350 °C and 0.6 mm thin solder-plated aluminum specimens. The homogeneous strain field in the gauge section indicates that a homogeneous temperature distribution is reached corresponding to a thermographic analysis and measurements with thermocouples. This set-up allows visualizing the dynamic strain ageing effect (PLC effect) at room temperature. Individual local strain bands can be resolved and their development under loading can be described. In the second application, the damage behavior of self-reinforced polypropylene plastic composites is investigated. Local strain concentrations in the test specimens under quasi static tensile load provide information about possible damaged areas. The deformation measurements on the fabric structure of the 2-layer test specimens describe the mechanical behavior of the composite. The microscopic analysis of the displacements on the cross-section of a 16-layer miniaturized specimen, on the other hand, describes the interaction of the fabric layers with each other and allows identifying critical regions. Accompanying SEM investigations give more details of the damage process under tensile loading. Finally, the properties of the contact zones of press-fit contacts are characterized by means of optical deformation measurements. Since the contact zones are not optically accessible, the damage is measured indirectly via the response of the mechanical system. By using virtual extensometers at all critical points of the composite, a characteristic displacement curve can be derived from which the damage accumulation process can be deduced. High-resolution SEM examinations on loaded test specimens allow the determination of cracks in the contact zone. Based on the experiments, a simulation model was developed in a parallel thesis by K. Markstädter. By using CT scanned pins and optically measured borehole diameters in the simulation model the actual mechanical behavior can be simulated and compared with the corresponding experiments. The combination of experiment and simulation leads to the complete description of the mechanical system and to the determination of the onset of the damage.
2020-01-01T00:00:00ZSkotarek, ChristophIm Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Anwendung der optischen Verformungsmessung auf heterogene Werkstoffsysteme untersucht, wobei dieses Verfahren auf unterschiedlichen Skalenebenen eingesetzt wird. Als erstes wird die digitale Bildkorrelation zur Temperaturüberwachung bei Hochtemperaturzugversuchen bis 350 °C an 0,6 mm dünnen lotplattierten Aluminiumprüfkörpern eingesetzt. Flächige Dehnungsauswertungen innerhalb des Prüfbereichs bestätigen die homogene Temperaturverteilung, wobei die Temperatur gleichzeitig mit einer Thermographiekamera und Thermoelementen bestimmt wurde. Mit diesem Aufbau lässt sich das dynamische Reckgleiten (PLC-Effekt) bei Raumtemperatur im Detail erfassen. Es können einzelne lokale Dehnungsbänder aufgelöst und deren Verlauf beschrieben werden. Im zweiten Anwendungsfall wird das Schädigungsverhalten von eigenverstärkten Polypropylen Kunststoffverbunden untersucht. Lokale Dehnungskonzentrationen unter quasi statischer Zugbelastung der Prüfkörper liefern Aufschluss über mögliche Schadstellen. Die Verformungsmessungen auf der Gewebestruktur der 2-lagigen Prüfkörper beschreiben das mechanische Verhalten des Verbundes, während die mikroskopische Analyse der Verschiebungen am Querschnitt eines 16-lagigen Mikrozugprüfkörpers die Interaktion der Gewebelagen zueinander beschreiben. Damit lassen sich darüber verschiedene versagenskritische Bereiche darstellen. Begleitende REM-Untersuchungen an belasteten und unbelasteten Prüfkörpern liefern sowohl Schwachstellen des mehrschichtigen Verbundes als auch die Art der Schädigung. Abschließend werden mittels optischer Verformungsmessungen die Eigenschaften der Verbundzonen von Einpresskontakten beschrieben. Da die Verbundzonen optisch nicht zugänglich sind, erfolgt eine indirekte Messung der Schädigung über die Antwort des mechanischen Systems. Durch den Einsatz virtueller Extensometer an allen kritischen Stellen des Verbundes lässt sich ein charakteristischer Verschiebungsverlauf ableiten, dem die Schädigung entnommen werden kann. Hochauflösende REM-Untersuchungen an definiert belasteten Prüfkörpern ermöglichen die Bestimmung der Risse in der Kontaktzone. Basierend auf den Experimenten wurde in einer parallelen Arbeit von K. Markstädter ein Simulationsmodell aufgebaut. Durch die Verwendung von im CT gescannten Pins und optisch vermessener Hülsendurchmesser im Simulationsmodell lässt sich das reale mechanische Verhalten simulieren und mit den dazugehörigen Experimenten abgleichen. Die Kombination aus Experiment und Simulation führt zur vollständigen Beschreibung des mechanischen Systems und zur Bestimmung des Schädigungsbeginns.
The present work investigates the application of optical deformation measurement to heterogeneous material systems with the method being used at different scale levels. First, digital image correlation is used for temperature monitoring in high-temperature tensile tests with testing temperature up to 350 °C and 0.6 mm thin solder-plated aluminum specimens. The homogeneous strain field in the gauge section indicates that a homogeneous temperature distribution is reached corresponding to a thermographic analysis and measurements with thermocouples. This set-up allows visualizing the dynamic strain ageing effect (PLC effect) at room temperature. Individual local strain bands can be resolved and their development under loading can be described. In the second application, the damage behavior of self-reinforced polypropylene plastic composites is investigated. Local strain concentrations in the test specimens under quasi static tensile load provide information about possible damaged areas. The deformation measurements on the fabric structure of the 2-layer test specimens describe the mechanical behavior of the composite. The microscopic analysis of the displacements on the cross-section of a 16-layer miniaturized specimen, on the other hand, describes the interaction of the fabric layers with each other and allows identifying critical regions. Accompanying SEM investigations give more details of the damage process under tensile loading. Finally, the properties of the contact zones of press-fit contacts are characterized by means of optical deformation measurements. Since the contact zones are not optically accessible, the damage is measured indirectly via the response of the mechanical system. By using virtual extensometers at all critical points of the composite, a characteristic displacement curve can be derived from which the damage accumulation process can be deduced. High-resolution SEM examinations on loaded test specimens allow the determination of cracks in the contact zone. Based on the experiments, a simulation model was developed in a parallel thesis by K. Markstädter. By using CT scanned pins and optically measured borehole diameters in the simulation model the actual mechanical behavior can be simulated and compared with the corresponding experiments. The combination of experiment and simulation leads to the complete description of the mechanical system and to the determination of the onset of the damage.