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Titelaufnahme

Titel
Schadensbewertung einer beulenden Platte anhand der Methode der Nulldehnungstrajektorie und Digitaler Bildkorrelation Messung / eingereicht von Martin Riedl, BSc
AutorInnenRiedl, Martin
Beurteiler / BeurteilerinSchagerl, Martin
ErschienenLinz, 2018
UmfangX, 76, x Blätter : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Masterarbeit, 2018
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (GND)Platte / Schadenermittlung / Differentialgleichung / Prüfstand / Finite-Elemente-Methode / Trajektorie <Kinematik>
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-21470 Persistent Identifier (URN)
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Schadensbewertung einer beulenden Platte anhand der Methode der Nulldehnungstrajektorie und Digitaler Bildkorrelation Messung [7.65 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Schadensbewertung einer beulenden Platte anhand der Methode der Nulldehnungstrajektorie und Digitaler Bildkorrelation Messung stellt einen Ansatz zur Überwachung und Kontrolle von Struktur- und Leichtbauteilen während des Betriebes über die gesamte Bauteillebenszeit dar. Aus analytischer Sicht lässt sich eine Differentialgleichung für das Modell zur Berechnung von Platten unter äußeren Belastungen herleiten. Ausgehend von dieser partiellen Differentialgleichung kann mit Hilfe der Gleichgewichtsbedingungen an einem infinitesimalen Element der ausgebeulten Platte die Beuldifferentialgleichung bestimmt und für verschiedene Randbedingungen gelöst werden. In dieser Arbeit wird die Beuldifferentialgleichung für die zweiseitig gleichmäßig gedrückte, allseitig gelenkig gelagerte Platte und für die zweiseitig gleichmäßig gedrückte Platte mit eingespannten Querrändern und gelenkig gelagerten Längsrändern gelöst und jeweils der Beulwert in Abhängigkeit vom Seitenverhältnis und der Beulenzahl bestimmt. Imperfektionen und Störungen, wie geometrische oder physikalische Imperfektionen, haben Einfluss auf das Beulverhalten und die kritische Beullast einer Platte. Vorverformungen, Dickenänderungen, exzentrische Lasteinleitung und nicht ideale Randbedingungen beeinflussen auf unterschiedliche Weise den Verformungszustand der Platte unter Last. Daher ist es wichtig, im Vorhinein das numerische Modell für die weiteren Analysen und Berechnungen so gut wie möglich an die geometrischen und physikalischen Begebenheiten anzupassen. Aus den bekannten Dehnungen und Schubverzerrungen in einer Ebene der Platte können die Dehnungen und Schubverzerrungen in jede Richtung in Abhängigkeit der Schnittrichtung bestimmt werden und somit an der Oberfläche Richtungen berechnet werden, in denen keine Dehnung auftritt. Aus diesen Richtungen können Nulldehnungstrajektorien bestimmt werden, entlang derer in einem Referenzzustand mit bestimmter Last keine Dehnungen auftreten. Ändert sich der Belastungszustand, verschwinden die Dehnungen entlang der Referenztrajektorie nicht mehr und Dehnungen sind messbar. Die Einflüsse einer Laständerung, sich ändernden Imperfektionen und auch der Einfluss eines Schadens mit steigendem Durchmesser auf den Dehnungsverlauf entlang Nulldehnungstrajektorien werden untersucht. Über eine charakteristische Änderung der Dehnung lässt sich auf einen vorhandenen Schaden schließen und mit Hilfe von weiteren Trajektorien der Ort des Schadens auf der Platte lokalisieren. Messergebnisse aus Beulversuchen mit einem Plattenprüfstand werden mit der Finite-Elemente-Methode analysiert. Platten aus der Aluminiumlegierung 2024-T3 bzw. PMMA werden eingesetzt. Die Verschiebungen und Dehnungen an der Oberfläche der gebeulten Platte werden berührungslos und zerstörungsfrei mittels Digitaler Bildkorrelation gemessen. In weiterer Folge werden die Nulldehnungstrajektorien ermittelt und der Einfluss von Laständerungen und Schäden auf den Dehnungsverlauf im Versuch gezeigt und das Konzept der Schadensbewertung mittels der Methode der Nulldehnungstrajektorie verifiziert.

Zusammenfassung (Englisch)

The damage assessment of a buckling plate using the zero strain trajectory method and digital image correlation measurements represents an approach to monitor and control structural lightweight components during operation over their entire lifetime. From an analytical point of view, a differential equation for the model to calculate plates under external loads can be derived. Based on this partial differential equation, the equilibrium conditions at an infinitesimal element of the buckled plate can be used to determine the buckling differential equation and solve it for different boundary conditions. Imperfections and defects, such as geometric or physical imperfections, have a big influence on the buckling behaviour and the critical buckling load of a plate. Predeformations, thickness changes, eccentric load initiation and non-ideal boundary conditions influence the deformation state of the plate under load in different ways. Thus, it is important to modify the numerical model similar to the real geometric and physical conditions for further analyses and calculations. By means of the numerical analysis or digital image correlation measurements the strain state of the plate under specific load and boundary condition, the reference configuration is known. The so called zero strain trajectories can be determined from these directions. If the stress state of the plate changes, the strains along the reference trajectory no longer disappear and strains are measurable. The effects of a load change, changing imperfections and also the influence of damage with increasing diameter on the strain curve along the zero strain trajectories are analysed in detail. By means of a characteristic change in strain, it is possible to deduce an existing damage and with the help of further trajectories also the location of the damage on the plate can be found. Measurement results from buckling tests with a plate test bench are analysed using the finite element method. Plates made of the aluminium 2024-T3 as well as PMMA are used. The displacements and strains on the surface of the plate are measured contactless and non-destructive by digital image correlation. Furthermore, the zero strain trajectories are determined, the influence of load changes and damages on the strain trajectory is shown in the test and the concept of damage assessment is verified by using the zero strain trajectory method.

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