Schäden im Leichtbau erkennen durch Ultraschallsensoren

Eine Forschungsgruppe, an der die Technische Universität Braunschweig leitend mit fünf Wissenschaftlern beteiligt ist und die die integrierte Zustandsüberwachung von Bauteilen untersucht, wird jetzt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für drei Jahre mit 2,7 Millionen Euro in einer ersten Phase gefördert.

Die von der DFG geförderte neue Forschungsgruppe beschäftigt sich mit der integrierten Zustandsüberwachung in Leichtbaustrukturen – also Materialien, wie sie zum Beispiel in der Luftfahrt Anwendung finden. "Dazu werden neuartige Mikrosensoren in Werkstoffe integriert, um innere Schäden durch Ultraschallsignale zu erkennen. In erster Linie sollen damit Schäden durch schlagförmige Belastungen festgestellt werden, zum Beispiel Delaminationen, also die Lösung von Verklebungen", sagt der Sprecher der Forschungsgruppe, Professor Michael Sinapius vom Institut für Adaptronik und Funktionsintegration an der TU Braunschweig.

Anders als Ultraschallwellen in der Medizin- und Diagnosetechnik kommen dabei geführte Wellen zum Einsatz: Das sind Ultraschallwellen, die sich in dünnwandigen Bauteilen (z. B. Flugzeugrumpfhäuten), geführt durch Ober- und Unterseite der Schalen, ausbreiten. Die Gruppe mit Forschern der TU Braunschweig, der Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg und der Universität Bremen untersuchen Verbundmaterialien aus faserverstärkten Kunststoffen mit Metallfolien, sogenannte Faser-Metall- Laminate. Die Rumpfoberschale des Airbus A380 ist zum Beispiel aus einem Verbund aus glasfaserverstärktem Kunststoff und Aluminium, sogenanntem Glare, gefertigt. An der TU Braunschweig arbeiten dazu Experten des Faserbundleichtbaus, der Integration von Sensoren, der Mikrotechnik und der Mathematik inverser Probleme (Diagnostik).

Ziel der Forschungsgruppe FOR3022 ("Ultraschallüberwachung von Faser-Metall-Laminaten mit integrierten Sensoren") ist es, ein tiefes Verständnis für ein integriertes Structural Health Monitoring (SHM) in Faser-Metall- Laminaten (FML) mittels geführter Ultraschallwellen(GUW) zu gewinnen. Dies erfordert einen ganzheitlichen Blick auf die physikalischen Phänomene der Wellenausbreitung auch unter komplexen Umgebungsbedingungen, deren Interaktion mit versteckten Schäden, die Erfassung dieser Wechselwirkungen mit mikrotechnischen Sensoren am Ort des Geschehens und eine Signalverarbeitung zur vollständigen Schadensdiagnose.