Markus Rahammer

Highly-efficient and noncontact vibro-thermography via local defect resonance

A frequency match between the driving ultrasonic wave and characteristic frequency of a defect provides an efficient energy pumping from the wave directly into the defect (local defect resonance (LDR)). Due to a strong resonance amplification of the local vibrations, the LDR-driven defects exhibit a high-Q thermal response and enable to implement frequency-selective thermosonic imaging with an opportunity to distinguish between different defects by changing the driving frequency. The LDR-thermosonics requires much lower acoustic power to activate defects that makes it possible to avoid high-power ultrasonic instrumentation and even proceed to a remote ultrasonic thermography by using air-coupled ultrasonic excitation.

Local defect resonance for sensitive non-destructive testing

Ultrasonic wave-defect interaction is a background of ultrasound activated techniques for imaging and non-destructive testing (NDT) of materials and industrial components. The interaction, primarily, results in acoustic response of a defect which provides attenuation and scattering of ultrasound used as an indicator of defects in conventional ultrasonic NDT. The derivative ultrasonic-induced effects include e.g. nonlinear, thermal, acousto-optic, etc. responses also applied for NDT and defect imaging. These secondary effects are normally relatively inefficient so that the corresponding NDT techniques require an elevated acoustic power and stand out from conventional ultrasonic NDT counterparts for their specific instrumentation particularly adapted to high-power ultrasonic. In this paper, a consistent way to enhance ultrasonic, optical and thermal defect responses and thus to reduce an ultrasonic power required is suggested by using selective ultrasonic activation of defects based on the concept of local ...

Thermal waves for NDE of aircraft: comparison of lockin thermography and lockin interferometry

Optically and ultrasonic-excited lockin thermography have been set in contrast with lockin shearography theoretically and experimentally. Investigated criteria are the differences in depth range, defect selectivity and the comparison of thermal and mechanical response using the example of model specimens and real large-scale aircraft components. An approach for the application of data fusion for defect classification through combination of thermography and shearography phase angle images follows. Due to lack of experience with this technique, it is applied to model specimens only instead of large-scale aircraft components. However, the gradient image characteristic of shearography impedes distinct information extraction.

Validierung der Resonanten Frequenzsweep-Thermografie mittels einer POD-Analyse

Kurzfassung Die Resonante Frequenzsweep-Thermografie (RFST) basiert auf dem Prinzip der lokalen Defektresonanz (LDR) in Verbindung mit der bekannten Ultraschall-angeregten Thermografie. Lokale Defektresonanzen treten immer dort auf, wo ein Bauteil lokal aufgrund eines Defektes geschwächt wird. Dieser Bereich besitzt dann eigene, sehr viel höhere Resonanzfrequenzen und kann mit diesen sehr effizient angeregt werden. Dies führt zu einer energieeffizienten Ultraschallthermografie mit einfachen Anregungsquellen. Da jedoch Defektresonanzfrequenzen üblicherweise unbekannt sind, muss breitbandig angeregt werden. Während eines langsamen Frequenzsweeps im unteren und mittleren Kiloherzbereich werden Defekte, sobald ihre Resonanzfrequenz erreicht wird, angeregt und die thermische Antwort aufgrund von Rissuferreibung oder viskoelastischer Erwärmung an der Oberfläche von einer Thermografiekamera detektiert. Trotz der sehr niedrigen integralen Wärme können mithilfe einer Fourier-Filterung Defekte mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis detektiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird die RFST auf eine Vielzahl von Flachbodenbohrungen in PMMA und Impactschäden in CFK angewendet. Dabei variiert bei ersteren sowohl der Radius als auch die Ligamentdicke, während letztere sich durch Impact-Energie bzw. Schadensfläche unterscheiden. Aufgrund der großen Anzahl an Prüfkörpern konnte eine Probability of Detection (PoD)-Analyse durchgeführt und das Verfahren RFST somit validiert werden.

Vergleich von zerstörungsfreien und zerstörenden Prüfungen dünner Strukturklebungen in der Umformtechnik

Kurzfassung Der vorliegende Fachartikel stellt die wichtigsten zerstörungsfreien Prüfmethoden zur Qualitätssicherung von dünnen Strukturklebungen vor. Auf diese Weise wird ersichtlich, welche Methoden neben der zerstörenden Prüfung von dünnen Strukturklebungen eingesetzt werden können, um einen Haftfestigkeitsverlust zu detektieren. Steigende Leichtbau- und Dämpfungsanforderungen an großflächige Blechbauteile sorgen trotz erhöhter Kosten für einen zunehmenden Einsatz von modernen hybriden Schichtverbundwerkstoffen in zahlreichen Konstruktionsanwendungen. In der Luft- und Raumfahrtindustrie gehören solche Werkstoffe seit geraumer Zeit zum aktuellen Stand der Technik, wohingegen diese Werkstoffkonzepte in der mobilen Großserie derzeit nur selten zum Einsatz kommen. Neben dem Materialversagen der einzelnen Schichten von Schichtverbundwerkstoffen spielt das interlaminare Versagen der Schichten untereinander eine entscheidende Rolle. In der Umformtechnik ist es möglich, dass die polymere Zwischenschicht und das Deckblech nach der Umformung noch in Kontakt stehen, obwohl die Scherfestigkeit bereits überschritten wurde. Dieser Kraftschluss der beiden Fügepartner resultiert aus den schwachen Van-der-Waals-Kräften, die eine eindeutige Detektion mit Hilfe von zerstörungsfreier Prüfung erschweren. Die vorliegende Publikation soll die Eignung diverser zerstörungsfreier Prüfverfahren auf die Detektion von sogenannten „kissing bonds“ (schwaches Anhaften der Schichten nach Versagen der Verbindung) überprüfen.

Parameters in lock-in thermography of CFRP laminates

Abstract Active thermography with lock-in excitation is a nondestructive testing method that is also feasible for testing of carbon fiber reinforced polymers (CFRP). For validating the method extensive investigations were done during a research project in order to advance a standardization process. The most important parameters of optical and ultrasonic excitation thermography were investigated. For example, the appropriate selection of spectral sensitivity of the used infrared camera systems is important for recording undisturbed thermal signals. Regarding excitation, influences of excitation power and ultrasonic frequency were studied. Furthermore, material parameters such as CFRP layup are known for strongly affecting the results of measurement.

Crack growth monitoring at CFRP bond lines

With the growing need for lightweight technologies in aerospace and automotive industries, fibre-reinforced plastics, especially carbon-fibre (CFRP), are used with a continuously increasing annual growth rate. A promising joining technique for composites is adhesive bonding. While rivet holes destroy the fibres and cause stress concentration, adhesive bond lines distribute the load evenly. Today bonding is only used in secondary structures due to a lack of knowledge with regard to long-term predictability. In all industries, numerical simulation plays a critical part in the development process of new materials and structures, while it plays a vital role when it comes to CFRP adhesive bondings conducing the predictability of life time and damage tolerance. The critical issue with adhesive bondings is crack growth. In a dynamic tensile stress testing machine we dynamically load bonded CFRP coupon specimen and measure the growth rate of an artificially started crack in order to feed the models with the resul...