Interferometrische Bauteilprüfung, Schadenserkennung und Ermittlung der modalen Parameter mittels dynamischer Belastung

Abstract

Hauptgegenstand dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung der interferometrischen Verfahren ESPSI (Shearografie) und ESPI (Holografie) für den Einsatz in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Außerdem ist die noch existierende Einsatzgrenze der Speckle-Messverfahren in der experimentellen Modalanalyse erweitert worden. Es sind neben der weiterentwickelten, räumlichen Phasenschiebung, die anhand von lediglich 2 Aufnahmen die relative Phase ermittelt, zwei neuartige Messgeräte zur Untersuchung von Mikrostrukturen (Mikroferoskop) und für Messungen an schwer zugänglichen Stellen (Interferoskop) optimiert und erprobt worden. Zur Detektion von Fehlstellen kommen nicht nur bereits etablierte Anregungs-Verfahren zum Einsatz, sondern die noch wenig bis gar nicht erforschten Methoden. Dazu zählen die Fehlstellendetektion mittels elastischer Wellen (Lamb- Wellen), oder laserangeregte Untersuchungen von Mikroproben. Die Lamb-Wellen interagieren bei der Ausbreitung mit der Fehlstelle und verraten somit die Position und die Form eines Defektes. Die Visualisierung der Lamb-Wellen erfolgt mittels der Shearografie jedoch mit räumlicher Phasenschiebung. Zur Bestimmung von Eigenschwingungen kommt ein neues Verfahren zum Einsatz, welches eine Kombination aus impulsangeregter Modalanalyse mit Hilfe von Beschleunigungssensoren und der Speckle-Messtechnik darstellt. Der Vorteil besteht in der schnelleren Detektion und der effizienten Visualisierung von Resonanzschwingungen.

The primary objective of this dissertation is the further development of the interferometric techniques ESPSI (Shearography) and ESPI (Holography) used in non-destructive testing of materials. Moreover it aims at reducing the limitations of use which still exist when employing speckle related measuring procedures in experimental modal analysis. In addition to advanced spatial phase shifting which uses only two images to determine a relative phase, two new measuring devices for examining microstructures (microferoscope) and for examining hard to reach areas (interferoscope) will be presented. To detect defects not only are already established excitation methods used, but also methods that have been relatively less explored or even not yet researched are employed. For example, the use of elastic waves (Lamb waves) in detecting defects or the use of laser excited examination of micro samples. The Lamb wave interacts with the defect during its propagation thereby revealing the position and shape of the defect. The Lamb waves are measured using shearography with spatial phase shift. A new method is used to determine the values of natural frequencies. This method combines the classic impulse excited modal analysis using an accelerometer with shearography or holography. The big advantage of this is the quick detection and the possibility of efficient visualization of resonance vibrations.