Kohlenstofffaser-Sensor zur ortsaufgelösten Dehnungsmessung mittels der elektrischen Zeitbereichsreflektometrie

Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) sind unter anderem aufgrund ihrer herausragenden mechanischen Eigenschaften und des einstellbaren Werkstoffverhaltens für komplex belastete Bauteile prädestiniert. Jedoch können unvorhersehbare Schädigungen im Betrieb, wie Impact- oder Crashereignisse, welche nicht erkannt werden, das Ausfallrisiko mit unter Umständen fatalen Folgen erhöhen. Bei vielen sicherheitsrelevanten Bauteilen wird daher die Entwicklung bauteilintegrierter Messsysteme zur autonomen Ermittlung von Beanspruchungen und Identifikation des Strukturzustands auf Basis von Dehnungsmessungen angestrebt. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Entwicklung eines derartigen Structural Health Monitoring (SHM) Systems unter Berücksichtigung der speziellen werkstofflichen und messtechnischen Anforderungen. Das Ziel ist die durchgängige Entwicklung und Umsetzung eines dedizierten Kohlenstofffaser-Sensors zur ortsaufgelösten Dehnungsmessung auf Basis der elektrischen Zeitbereichsreflektometrie (EZBR). Auf Basis eines neuartigen Sensorkonzept, welches ein resistives bruchbasiertes Messprinzip an hochsteifen Kohlenstofffasern (CF) zur Verkopplung der Dehnung und elektrisch messbaren Größen erlaubt, werden experimentelle und numerische Arbeiten durchgeführt. Diese umfassen phänomenologische Untersuchungen der Sensitivität des resistiven bruchbasierten Messprinzips, die Realisierung einer ortsaufgelösten Messung mittels der EZBR sowie die Transformation des EZBR-Signals in einen Dehnungsverlauf mittels neuronaler Netze. Mit Abschluss der Arbeit liegt erstmalig ein EZBR basierter CF-Sensor zur ortsaufgelösten Dehnungsmessung vor, welcher hinsichtlich der werkstoffgerechten Integration in FKV sowie dem Einsatz für dynamische Messungen für SHM-Anwendungen ein hohes Potenzial aufweist.