Masterarbeit, 2014
193 Seiten, Note: 1,0
Ziel dieser Masterarbeit ist die vergleichende Bewertung gängiger und neuer zerstörungsfreier Prüfverfahren zur Untersuchung von Schäden in glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK). Im Fokus stehen mobile Prüfmethoden wie Ultraschall Phased Array (USPA) und lokale akustische Resonanzspektroskopie (LARS), deren Ergebnisse mit hochauflösenden Referenzmethoden (µCT und visuelle Inspektion) verglichen werden.
Einleitung: Die Einleitung führt in die Thematik der steigenden Bedeutung faserverstärkter Kunststoffe, insbesondere im Bereich der Windenergie, ein. Sie hebt die Notwendigkeit zuverlässiger zerstörungsfreier Prüfverfahren hervor und definiert die Zielsetzung der Arbeit: einen Vergleich verschiedener mobiler Prüfmethoden zur Charakterisierung von Schäden in GFK.
Stand der Technik: Dieses Kapitel bietet einen umfassenden Überblick über die Grundlagen von Windenergieanlagen, insbesondere den Aufbau und die Fertigung von Rotorblättern. Es beschreibt die verschiedenen Schädigungsmechanismen in Faserverbundwerkstoffen und detailliert die physikalischen Prinzipien der verwendeten zerstörungsfreien Prüfverfahren (Ultraschall, lokale akustische Resonanzspektroskopie, optische Lockin-Thermographie und Computertomographie). Jedes Verfahren wird hinsichtlich seiner physikalischen Grundlagen und seiner Anwendung in der Praxis erläutert.
Versuchsbeschreibung: Dieses Kapitel beschreibt detailliert die Methodik der durchgeführten Versuche. Es erläutert die Herstellung der Prüflinge (GFK-Platten mit unterschiedlichen Dicken und künstlich eingebrachten Schäden), die Impaktierungsprozedur mit einem Fallturm, sowie die Durchführung der zerstörungsfreien Prüfverfahren (USPA, LARS, OLT, µCT) und die dazugehörigen Parametereinstellungen. Das Kapitel legt Wert auf die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.
Versuchsauswertung: Hier werden die Ergebnisse der verschiedenen Prüfmethoden präsentiert und interpretiert. Zunächst werden die Ergebnisse der visuellen Inspektion (Eindrucktiefe, Ausbeulung, Trübungsfläche) und der Hochgeschwindigkeitsaufnahmen beschrieben. Anschließend werden die Daten der zerstörungsfreien Prüfverfahren ausgewertet und miteinander verglichen. Der Fokus liegt auf der Detektionswahrscheinlichkeit und der Auflösung der verschiedenen Methoden.
Diskussion: Die Diskussion analysiert die erhaltenen Ergebnisse im Kontext der verwendeten Methoden und der Materialeigenschaften. Es werden die Stärken und Schwächen jedes Verfahrens im Hinblick auf die Handhabbarkeit, den Reifegrad und die Aussagekraft diskutiert. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf reale Prüfobjekte (Rotorblätter) wird untersucht und ein ganzheitliches Konzept für die Schadenscharakterisierung an Rotorblättern wird vorgeschlagen.
Zerstörungsfreie Prüfung, Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), Windenergieanlagen, Ultraschall Phased Array (USPA), Lokale akustische Resonanzspektroskopie (LARS), Optische Lockin-Thermographie (OLT), Mikrocomputertomographie (µCT), Schädigungscharakterisierung, mobile Prüfverfahren, Delamination, Impakt, Rotorblätter.
Die Masterarbeit befasst sich mit der vergleichenden Bewertung verschiedener zerstörungsfreier Prüfverfahren zur Untersuchung von Schäden in glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK), insbesondere im Hinblick auf die Anwendung bei Rotorblättern von Windenergieanlagen. Der Fokus liegt auf dem Vergleich mobiler Prüfmethoden wie Ultraschall Phased Array (USPA) und lokale akustische Resonanzspektroskopie (LARS) mit hochauflösenden Referenzmethoden (µCT und visuelle Inspektion).
Die Arbeit untersucht die folgenden zerstörungsfreien Prüfverfahren: Ultraschall Phased Array (USPA), lokale akustische Resonanzspektroskopie (LARS), optische Lockin-Thermographie (OLT) und Mikrocomputertomographie (µCT). Die Ergebnisse dieser Verfahren werden miteinander und mit einer visuellen Inspektion verglichen.
Die Untersuchungen wurden an glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK)-Platten mit künstlich eingebrachten Schäden durchgeführt. Die Prüflinge variierten in Dicke und Art der Schädigung.
Die Schäden in den GFK-Prüflingen wurden durch Impaktierung mit einem Fallwerk erzeugt. Die Impaktenergie wurde dabei kontrolliert variiert.
Es wurden verschiedene Parameter gemessen und ausgewertet, darunter die Eindrucktiefe, Ausbeulung und Trübung der Oberfläche nach der Impaktierung. Die zerstörungsfreien Prüfverfahren lieferten Daten über die Ausbreitung und den Umfang der inneren Schäden. Die Hochgeschwindigkeitsaufnahmen ermöglichten die Beobachtung des Impaktereignisses selbst.
Die Ergebnisse der verschiedenen Prüfverfahren wurden hinsichtlich ihrer Detektionswahrscheinlichkeit, Auflösung und Aussagekraft verglichen. Der Fokus lag auf der Identifizierung von Stärken und Schwächen der einzelnen Methoden und ihrer Eignung für den Einsatz an Rotorblättern von Windenergieanlagen.
Die Arbeit analysiert die Stärken und Schwächen der untersuchten Prüfverfahren und untersucht die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf reale Prüfobjekte. Es wird ein ganzheitliches Konzept für die Schadenscharakterisierung an Rotorblättern vorgeschlagen, das die Ergebnisse der verschiedenen Methoden kombiniert.
Das Hauptziel der Arbeit ist die vergleichende Bewertung der untersuchten zerstörungsfreien Prüfverfahren, um deren Eignung für die Inspektion von GFK-Bauteilen, insbesondere Rotorblättern von Windenergieanlagen, zu bestimmen. Es geht darum, ein optimales Verfahren oder eine Kombination von Verfahren für eine effiziente und zuverlässige Schadensdetektion zu identifizieren.
Zerstörungsfreie Prüfung, Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), Windenergieanlagen, Ultraschall Phased Array (USPA), Lokale akustische Resonanzspektroskopie (LARS), Optische Lockin-Thermographie (OLT), Mikrocomputertomographie (µCT), Schädigungscharakterisierung, mobile Prüfverfahren, Delamination, Impakt, Rotorblätter.
(Hier sollte ein Link zur vollständigen Arbeit eingefügt werden, falls verfügbar.)
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