Teilprojekt 2: Kontinuierliche In-situ Erfassung des Verformungs- und Beanspruchungszustands von I-FEV mittels strukturintegrierten 3D-Sensornetzwerken
Motivation
Zur präzisen Echtzeit-In-Situ-Erfassung des Verformungs- und Beanspruchungszustands von interaktiven Bauteilen ist eine textilstrukturintegrierte Sensorik erforderlich. Dafür sind 3D-Sensornetzwerke aus strukturkompatiblen, fadenförmigen, dehnungssensitiven, elektrischen Leitern zur Erfassung des Beanspruchungs- und Degradationszustands zu entwickeln und hinsichtlich der Wechselwirkungen mit den weiteren Komponenten des I-FEV grundlegend zu erforschen.
Stand der Forschung und eigene Vorarbeiten
Für die textilbasierte kontinuierliche Erfassung von Verformungs- und Beanspruchungszuständen sind in vorangegangenen Arbeiten textilbasierte Sensoren, wie metallisierte Fäden oder Carbonfasern, entwickelt und erfolgreich mittels textiltechnologischer Flächenbildungsverfahren, Weben, Stricken und Multiaxialkettenwirken in Verstärkungsstrukturen integriert und zu interaktiven FKV-Bauteilen auf Duroplastbasis konsolidiert worden. Insbesondere die Güte der kraft- oder formschlüssigen An- und Einbindung textilbasierter Sensoren in das lastabtragende Verstärkungshalbzeug des FKV sind für deren messtechnische Qualitätsmerkmale (Empfindlichkeit, Drift, Hysterese) essentiell, was in grundlagenorientierten Untersuchungen belegt werden konnte.
Zur Gewinnung ortsbasierter Informationen wurden eindimensional längengestaffelte Sensoranordnungen entlang bekannter Hauptbeanspruchungsachsen konzipiert und erfolgreich in großskaligen FKV-Bauteilen, z. B. Rotorblätter von Kleinwindenergieanlagen, umgesetzt. Bisherige Forschungsaktivitäten fokussieren sich hauptsächlich auf einfache, i.d.R. eindimensionale Sensornetzwerke für duroplastische Faserkunststoffverbunde.
Wissenschaftliche Fragestellung und Projektziele
Für die Dimensionierung der 2D- und 3D-Sensornetzwerke zur richtungsselektiven, ortsaufgelösten und quantitativen Bestimmung der aktorisch generierten Verformung durch Erfassung und algorithmische Auswertung von überlagerten Dehnungs-, Stauchungs-, Scherungs- und Biegungsinformationen sowie von Schadensfällen im I-FEV wird das in TP1 entwickelte mesoskopische Modell in Kombination mit TP6 zur Berechnung der zu erwartenden lokalen und globalen Verformungen und Beanspruchungsniveaus herangezogen. Für die Umsetzung mehrerer, in die Verstärkungsstrukturen integrierter Sensornetzwerke, bestehend aus einzelnen, beanspruchungsgerecht ausgelegten Sensorpfaden bzw. -schleifen, werden mittels textiltechnologischer Methoden (u.a. Variation der Einbindung innerhalb der mehrschichtigen textilen Verstärkungsstruktur) gezielt Kontaktpunkte und Isolationsbereiche sowie das Grenzschichtdesign generiert. Besonderer Forschungsbedarf besteht in der bindungstechnischen Modellierung der Einarbeitung verbundkompatibler Sensorfäden in das textile Verstärkungshalbzeug (Art der Verkreuzung bzw. Verschlingung der Fäden sowie deren räumlicher Anordnung in der textilen Verstärkungsstruktur), mit denen durch gezielte Kontaktierung zwischen mehreren Fadenlagen sowie lokaler Isolierung zur Vermeidung von Nebenschlüssen beanspruchungsgerecht ausgelegte Leiterschleifen ausgebildet werden. Es werden damit mehrdimensionale Sensornetzwerke zur ortsaufgelösten In-situ Erfassung komplexer Verzerrungen generiert.
Kontakt
Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM), Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden
© Christian Hüller
Herr Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Chokri Cherif
Institutsdirektor und Inhaber der Professur für Textiltechnik
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