Labor für Werkstoffphysik

Im Labor für Werkstoffphysik werden Untersuchungen an Metallen hinsichtlich ihrer Gefüge-Eigenschafts-Korrelationen, die mittels Messungen der inneren Reibung (Dämpfung) ergolgen, durchgeführt. Die innere Reibung eines Metalls ist unter anderem abhängig von:

  • dem Reinheitsgrad,
  • der thermischen und mechanischen Behandlung [1],
  • der Anzahl der Belastungswechsel,
  • dem Zeitpunkt der Messung nach einer Belastung.

In Abb. 1 ist das Ergebnis dehnungsabhängiger Dämpfungsmessungen (gemessen als logarithmisches Dekrement δ) an einem Metallschaum aus Aluminium dargestellt. Man erkennt, dass mit zunehmender Schwingzahl N eine signifikante Zunahme der Dämpfung für geringe Dehnungsamplituden ε entritt. Die Dämpfungszunahme ist auf eine Rissinitiierung bzw. Risswachstum zurückzuführen. Messungen dieser Art sind beispielsweise für Komponenten interessant, die einer zyklischen Dauerbelastung ausgesetzt sind.

 

Abb. 1: Einfluss der Schwingzahl N auf das Dämpfungsverhalten eines Aluminiumschaums, aus [2]

Die Untersuchungen im Labor für Werkstoffphysik zielen darauf ab, die Dämpfungseigenschaften eines Metalls präzise zu erfassen, vorherzusagen und infolgedessen die Einsatzgebiete hoch oder niedrig dämpfender Werkstoffe zu erweitern, Abb. 2.

Abb. 2: Dämpfungsmechanismen bei Metallschäumen: sichere und kritische Belastungsbereiche, aus [2].

Neben Grundlagenuntersuchungen in der Werkstoffphysik werden speziell auch Messungen in folgenden Industriebereichen durchgeführt, um die Dämpfung von Materialien für die Anwendung zu bestimmen:

  • On- und Offshoreindustrie

  • Schiffbauindustrie

  • Automobilindustrie

  • Luftfahrtindustrie

  • Musikindustrie

So sind beispielsweise hochdämpfende Metalle einzusetzen, wenn Schwingungen an Maschinenkomponenten oder anderen Bauteilen (Schiffsschrauben, Rotorblättern, …) zur Erhöhung der Lebensdauer und zur Lärmreduzierung reduziert werden sollen.

Um eine Lärmreduzierung durchzuführen, verfügt das Labor für Werkstoffphysik zudem über ein Messsystem zur Schallortung („akustische Kamera“). Mit Hilfe dieses Schallortungsmesssystems ist es möglich, den Ort der Schallentstehung sichtbar zu machen. Dadurch lassen sich gezielt konstruktive oder materialspezifische Maßnahmen einleiten, mit denen sich kritische Schwingungsamplituden verringern lassen. Damit geht eine Schallreduktion einher, wie es u.a. auf Passagierschiffen erwünscht ist. Das Anwendungsfeld dieses Schallortungsmesssystems ist jedoch weitaus größer, da zu hohe Schalldruckpegel in den verschiedensten Bereichen im Arbeitsleben auftreten und ein erhebliches Gesundheitsrisiko darstellen können.

In Abb. 3 sind Schallortungsmessungen an verschiedenen Objekten gezeigt. Die roten Bereiche stellen den Bereich höchsten Schalldruckes dar, während die blauen Bereiche verringerten Schalldruck repräsentieren. Dadurch können mechanische Belastungen an dem Objekt berührungslos festgestellt werden.

Abb. 3: Schallortungsmessung an einer Onshore-Windkraftanlage (links), Schallortungsmessung an schwingenden Fensterscheiben einer Passagierfähre, aus [3].

Neben dem aufgeführten Messequipment besitzt der vornehmlich maritim-technisch geprägte Fachbereichs eine Photogrammetrieapparatur, die im Versuchsbecken des Fachbereichs installiert wurde. Dadurch kann das dynamische Schiffsverhalten mit der Wellencharakteristik in Verbindung gebracht werden [4].

Literatur

[1] Göken, J.; Maikranz-Valentin, M.; Steinhoff, K.; Pavlova, T.S.; Ivleva, T.V.; Golovin, I.S.: Change of Structure and Properties of 51CrV4 Shaft Caused by Thermo-Mechanical Treatment. Solid State Phen. 137 (2008) 169-180.

[2] Golovin, I.S.; Sinning, H.R.; Göken, J.; Riehemann, W.: Mechanical Damping of Some Al Foams Under Cyclic Deformation. In: Banhart, J.; Ashby, M.F.; Fleck, N.A. (eds.), Cellular Metals and Metal Foaming Technology. Verlag MIT Publishing, Bremen (Germany) 2001, pp. 323-328.

[3] Projekt „MariTIM“; INTERREG IV A-Programm (http://www.maritim-de-nl.eu; Stand: Mai 2014).

[4] Göken, J.; Wolf, B.-M.; Luker, S.; Meenken, E.: Messung der Schiffsbewegung mittels Photogrammetrie. HANSA International Maritime Journal, 3 (2010), S. 24-26.

Laborleiter:

Prof. Dr. rer. nat. Jürgen Göken

 

Laborteam:

M.Sc. Sarah Fayed

 

Raum:

B 22