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Berührungslose Dehnungsmessung an Flachglas mit der Weißlicht-Korrelations-Methode
Die Kenntnis der Spannungen in einem Bauteil unter einer bestimmten Belastungsart ist von grundlegender Relevanz. Dies gilt sowohl für die Spannungen aus so genannten äußeren Lasten als auch für Eigenspannungen. Wegen der fehlenden Umlagerungsmöglichkeiten von Spannungsspitzen bei spröden Materialien ist die Kenntnis bei dem Werkstoff Glas besonders wichtig. Diese Materialien haben keine Möglichkeiten, eine lokale Überbeanspruchung durch Plastizierung auszugleichen. Floatglas (auch thermisch entspanntes Glas genannt) kann durch einen thermischen Vorspannprozess zu Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) weiter verarbeitet werden. ESG besitzt einen eingeprägten Eigenspannungszustand, der aus einer Druckspannung auf den Oberflächen und einer Zugspannung im Inneren besteht (parabelförmiger Verlauf über die Dicke). Es gibt derzeit einige spannungsoptische Messmethoden zur Bestimmung der Oberflächenspannung von Glas. Diese haben jedoch jeweils individuelle Schwächen. Grundsätzlich ist es derzeit unmöglich, mit den vorliegenden Messmethoden die Oberflächendruckspannungen zum Beispiel an komplexen Geometrien zu ermitteln. Gerade diese ist jedoch wichtig, um zum Beispiel Berechnungen komplexer Geometrien nach der Finiten Elemente Methode kalibrieren zu können. Die Weißlicht-Korrelations-Methode zur berührungslosen Dehnungsmessung macht es möglich, die Dehnungen an Scheibenoberflächen zu ermitteln und mit an diesen Messungen kalibrierten Rechnemodellen eine rechnerische Spannungsermittlung durchzuführen. Die Ergebnisse wurden grafisch so aufbereitet, dass die Verschiebungen der Unterbilder im Bereich des Messfeldes als Vektoren dargestellt wurden. Der Vergleich der rechnerischen Ergebnisse mit den Messergebnissen der vorgespannten Scheiben zeigt, dass die Genauigkeit des Verfahrens ausreichend ist, um die Ergebnisse der Berechnung messen zu können. Es wird aber festgestellt, dass zusätzliche Dehnungen auftreten, die rechnerisch nicht erfasst werden. Die Inhomogenität der Ergebnisse in Art und Größe zeigt, dass diese zusätzlichen Dehnungen nicht ohne weiteres theoretisch zu erfassen sind. Durch das Hin- und Herfahren der Scheibe im Vorspannofen im visko-elastischen Zustand wird die Scheibe demnach unregelmäßig auseinander gezogen oder gestaucht. Dies macht eine rechnerische Abbildung der Dehnung bzw. die theoretische Erfassung der gemessenen Dehnungen für den Vorspannprozess unmöglich. Die Ergebnisse der Verschiebung der Versuche unter mechanischer Belastung wurden mit der analytischen Lösung des Biegeversuchs verglichen und zeigten eine Übereinstimmung mit nur 5,2 % relativem Fehler. Damit lag der Fehler innerhalb des ermittelten maximalen Fehlers der Messungen. Für die Versuche mit thermischer Belastung, bei der die Scheiben gleichmäßig erwärmt wurden, wurde die gemessene Dehnung in einen Wärmeausdehnungskoeffizienten umgerechnet, der mit Werten zwischen 8,1 W/(M2 K) und 9,7 W/(M2 K) ebenfalls mit einer zufrieden stellenden Genauigkeit den für dieses Glas durch eine Normprüfung festgestellten Wert von 8,81 W/(M2 K) bestätigte.
Berührungslose Dehnungsmessung an Flachglas mit der Weißlicht-Korrelations-Methode
Die Kenntnis der Spannungen in einem Bauteil unter einer bestimmten Belastungsart ist von grundlegender Relevanz. Dies gilt sowohl für die Spannungen aus so genannten äußeren Lasten als auch für Eigenspannungen. Wegen der fehlenden Umlagerungsmöglichkeiten von Spannungsspitzen bei spröden Materialien ist die Kenntnis bei dem Werkstoff Glas besonders wichtig. Diese Materialien haben keine Möglichkeiten, eine lokale Überbeanspruchung durch Plastizierung auszugleichen. Floatglas (auch thermisch entspanntes Glas genannt) kann durch einen thermischen Vorspannprozess zu Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) weiter verarbeitet werden. ESG besitzt einen eingeprägten Eigenspannungszustand, der aus einer Druckspannung auf den Oberflächen und einer Zugspannung im Inneren besteht (parabelförmiger Verlauf über die Dicke). Es gibt derzeit einige spannungsoptische Messmethoden zur Bestimmung der Oberflächenspannung von Glas. Diese haben jedoch jeweils individuelle Schwächen. Grundsätzlich ist es derzeit unmöglich, mit den vorliegenden Messmethoden die Oberflächendruckspannungen zum Beispiel an komplexen Geometrien zu ermitteln. Gerade diese ist jedoch wichtig, um zum Beispiel Berechnungen komplexer Geometrien nach der Finiten Elemente Methode kalibrieren zu können. Die Weißlicht-Korrelations-Methode zur berührungslosen Dehnungsmessung macht es möglich, die Dehnungen an Scheibenoberflächen zu ermitteln und mit an diesen Messungen kalibrierten Rechnemodellen eine rechnerische Spannungsermittlung durchzuführen. Die Ergebnisse wurden grafisch so aufbereitet, dass die Verschiebungen der Unterbilder im Bereich des Messfeldes als Vektoren dargestellt wurden. Der Vergleich der rechnerischen Ergebnisse mit den Messergebnissen der vorgespannten Scheiben zeigt, dass die Genauigkeit des Verfahrens ausreichend ist, um die Ergebnisse der Berechnung messen zu können. Es wird aber festgestellt, dass zusätzliche Dehnungen auftreten, die rechnerisch nicht erfasst werden. Die Inhomogenität der Ergebnisse in Art und Größe zeigt, dass diese zusätzlichen Dehnungen nicht ohne weiteres theoretisch zu erfassen sind. Durch das Hin- und Herfahren der Scheibe im Vorspannofen im visko-elastischen Zustand wird die Scheibe demnach unregelmäßig auseinander gezogen oder gestaucht. Dies macht eine rechnerische Abbildung der Dehnung bzw. die theoretische Erfassung der gemessenen Dehnungen für den Vorspannprozess unmöglich. Die Ergebnisse der Verschiebung der Versuche unter mechanischer Belastung wurden mit der analytischen Lösung des Biegeversuchs verglichen und zeigten eine Übereinstimmung mit nur 5,2 % relativem Fehler. Damit lag der Fehler innerhalb des ermittelten maximalen Fehlers der Messungen. Für die Versuche mit thermischer Belastung, bei der die Scheiben gleichmäßig erwärmt wurden, wurde die gemessene Dehnung in einen Wärmeausdehnungskoeffizienten umgerechnet, der mit Werten zwischen 8,1 W/(M2 K) und 9,7 W/(M2 K) ebenfalls mit einer zufrieden stellenden Genauigkeit den für dieses Glas durch eine Normprüfung festgestellten Wert von 8,81 W/(M2 K) bestätigte.
Berührungslose Dehnungsmessung an Flachglas mit der Weißlicht-Korrelations-Methode
Hof, P. (Autor:in) / Wörner, J.D. (Autor:in)
2006
4 Seiten, 2 Bilder, 1 Quelle
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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