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Neuartige Methoden zur zerstörungsfreien Prüfung von Faserverbundwerkstoffen G. Hendorfer u. D. Salaberger FH OÖ Forschungs & Entwicklungs GmbH, Stelzhamerstraße 23, 4600 Wels, AUSTRIA Kooperationsforum ‚Faserverstärkte Kunststoffe‘ 28.11.2012

‚Faserverstärkte Kunststoffe‘ Neuartige Methoden zur … · Neuartige Methoden zur zerstörungsfreien Prüfung von Faserverbundwerkstoffen G. Hendorfer u. D. Salaberger FH OÖ

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Neuartige Methoden zur zerstörungsfreien Prüfung von

Faserverbundwerkstoffen

G. Hendorfer u. D. Salaberger

FH OÖ Forschungs & Entwicklungs GmbH, Stelzhamerstraße 23, 4600 Wels, AUSTRIA

Kooperationsforum ‚Faserverstärkte Kunststoffe‘

28.11.2012

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slide 2

Active Thermography

3D Computer Tomography

Shearography

Modal Analysis

F&E an der FH WELSZerstörungsfreie Prüfmethoden

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Delamination

80 mm

Active Thermography Computed Tomography Digital Shearography

AA

Section A-AComponents:WPC – wood plastic composite

Applications:automobile industryfurniture industry

F&E an der FH WELSZerstörungsfreie Prüfmethoden

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ZfP von VerbundwerkstoffenEinsatz in der Luftfahrtindustrie

BOEING 787 - DreamlinerQuelle: Boeing Company

50% Verbundwerkstoffe!

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ZfP von VerbundwerkstoffenTypische Fehler

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ZfP von VerbundwerkstoffenOptisch angeregte Pulsthermographie

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Porosität in CFKQualitativer Vergleich mit Ultraschall

c

k

⋅=ρ

α

Temperaturleitfähigkeit

k … Wärmeleitfähigkeit

ρ … Dichte

c … Wärmekapazität

[dB / mm]

[m2 / s]

CFRP

specimen

IR

cameraFlash

lamps

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slide 8

Porosität in CFKPrüfung der Landeklappen (Nose Cap)

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MikrostrukturPore morphology derived by CT - measurements

CT – cross section plot:

SIDE VIEW

CT – cross section plot:

TOP VIEW

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slide 10

WärmeleitungsmodelleEntthermalisierung

M

MP

MPMeff

k

kkf

kkkk

−⋅+

−⋅Φ+=1

.

( )( )

−−

−=

m

m

m

m

m

mf

2/12

2/32

2

2

2 1asin

11

3D – Depolarization factor [5]:

Effective thermal conductivity:

Shape factor: m = a / b

[5] H.I. Ringermacher et al., In: QNDE 21, pp. 528-535 (2002).

Volumetric heat capacity :

( ) ( ) ( ) ( )MPeff ccc ρρρ ⋅Φ−+⋅Φ= 1

0 2 4 6 8 10 120

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Shape Factor m

Depola

rization F

acto

r f

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WärmeleitungsmodelleBerechnung der effektiven Temperaturleitfähigkeit

0 5 100.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

1.05

Porosity Φ / [%]

Therm

al D

iffu

siv

ity α

eff. /

αm

m = 1

m = 3

m = 5

m = 7

.

.

.)( eff

eff

effc

k

ρα =

- Volume weigthed average of two-phases:

( ) ( ) ( ) ( )MPeff ccc ρρρ ⋅Φ−+⋅Φ= 1

- „Dethermalization“ – Theory:

.effk

- Effective thermal diffusivity:

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CFK mit PorositätVergleich Aktive Thermographie mit Ultraschall

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slide 13

Detector:2048 x 2048 Pixel

Resolution: > 5 µm

Tubes:• 225 kV-Microfocus

• 450 kV-Minifocus

Specimens:L < 2 m, d < 600 mmm < 80 kg

X-ray penetration length:Al: < 250 mm, Fe: < 70 mm

RayScan 250E

Tube:180kV nanofocus™

Detector: 2300 x 2300 Pixel detector

Specimens:

L < 150 mm, d < 120 mm, m < 2 kg

Resolution: > 0.4 µm

Nanotom 180 NF

3D- CT devices at FH Wels

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X

Y

ZAir

lower densityMaterial/ Matrix

higherdensity

Slice image

I(d) = I0e-µd

→→→→ µ ~ ρ*Z³*λ³

3D- CTPrinciple

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Voxel size (1 µm)3

Phase contrast CT of carbon fibre reinforced polymer

150 µm

Slice image 3D image

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Schwellwertverfahren für minimalen und

maximalen Porositätswert

Grauwert

Inte

nsität

PorositätsbestimmungSegementierung

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MikrostrukturPore morphology derived by CT - measurements

0 2 4 6 8 10 120

1

2

3

4

5

6

7

Porosity Φ / [%]

Aspect

Ratio m

Aspect Ratio of Porous CFRP Specimens

mx/y

mx/z

my/z

mean value: m(x,y)/z

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15mm

1,8

mm

15mm

1,8

mm

16mm

CFRP Porosity

Laminates (L0) 2.7%

Laminates (L1) 1.1%

15mm

1,8

mm

15mm

1,8

mm

16mm

L0

L1

Porosity in UD laminate

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Artificial delamination

Slice images3D images

2 mm

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X

Y

90°

Bending test curves0°

with artificial delamination

L0

1.5 mm

Artificial delamination

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Defektdetektion mit NDT Verfahren

CT-

Schnittbild

Radioskopie

Thermografie

Metallspan Rohacell GummiPrepreg-folie Dichtband

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20 40 60 80 100 120 140

50

100

150

200

20 40 60 80 100 120 140

50

100

150

200

100 200 300

100

200

300

400

500

600

700

800

GFRP - Glass Fiber

Reinforced Plastic

section A

Diffusivity Image

UNCORRECTED

Diffusivity Image

CORRECTED

3D-Computed

Tomography

IMAGE

Pore

Glass fiber distribution of a car roof

Comparison: Diffusivity Imaging and 3D-Computed Tomography

Sonstige AnwendungenAutodach

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Zusammenfassung

Röntgen- CT

• 3 dimensional

• Hohe Auflösung

• Stationär

• In-line in Entwicklung

• Bauteile bis 2 m Länge

• Hohe Genauigkeit und

Reproduzierbarkeit

• Formfaktoren

Thermografie

• 2,5 dimensional

• Schnell

• Mobiler Einsatz

• In-line fähig

• Großflächig

• Hohe Empfindlichkeit dT

< 10 mK

• Quantitative Porosität

Berührungslos

Zerstörungsfrei

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Kooperationspartner

Fördergeber

Projektmitarbeiter

G. Mayr, J. Gruber,

G. Zauner, G. Hendorfer

B. Plank, J. Kastner, D. Salaberger

K-Projekt: Zerstörungsfreie Prüfungund Tomografie ZPT

EraNet: ReCarboFit

Take-Off: QuantTherm

Kooperationspartner, Fördergeber und

Projektmitarbeiter

Forschungsprojekte