Beugungsgitterbasierte Schädigungs-, Eigenfrequenz- und Eigenformmessung an schnelldrehenden Faserverbundrotoren

Aufgrund ihrer Leichtbaueigenschaften gewinnen Faserverbundwerkstoffe bei der Entwicklung von Hochleistungsrotoren zunehmend an Bedeutung. Um das strukturdynamische Verhalten von Faserverbundrotoren zu untersuchen, sollen Testrotoren bis zur Schädigung beschleunigt und mit Schwingungsamplituden von einigen 10 μm angeregt werden. Währenddessen soll eine orts- und zeitaufgelöste In-situ-Messung der Rotordeformation und Schädigung durchgeführt werden. Mit Nahfeld-Bildkorrelation können Deformationen im Vollfeld erfasst werden, jedoch stellt der Auflösungsverlust durch Bewegungsunschärfe ein Problem bei hohen Drehzahlen dar. Der gewählte Lösungsansatz basiert auf dem Auslesen des Fernfeldes von holografischen Beugungsgittern auf der Rotoroberfläche mit einem zeilenkamerabasierten Lasersensor. Mit der Methode wurden In-plane-Dehnungen und Out-of-plane-Verkippungen mit einer Präzision von <20 με, bzw. <4‘‘ bei Oberflächengeschwindigkeiten bis zu 260 m/s gemessen und eine ortsaufgelöste Erfassung des Schädigungszustandes sowie der Eigenfrequenzen und Eigenformen bis 500 Hz des Rotors drehzahlabhängig durchgeführt. Zur Validierung wurden Dehnungsmessstreifen und Distanzsensoren verwendet.