Thermische Spannungsanalyse

Mechanische Spannungen sichtbar machen – berührungslos und bildgebend.

Die Thermische Spannungsanalyse ermöglicht die Visualisierung von Spannungsverteilungen in Bauteilen unter dynamischer Belastung – zerstörungsfrei, präzise und synchron zur mechanischen Beanspruchung.

Thermische Spannungsanalyse Funktionsweise

So funktioniert’s – kompakt erklärt

Die Thermische Spannungsanalyse nutzt die thermoelastische Wirkung: Bei zyklischer mechanischer Belastung entstehen im Material minimale Temperaturänderungen. Diese werden mit hochauflösenden Infrarotkameras erfasst und ermöglichen die Darstellung von Spannungsverteilungen und Rissfortschritten in Echtzeit. Die Methode ist berührungslos, zerstörungsfrei und lässt sich präzise mit mechanischen Prüfständen synchronisieren.

Warum Thermische Spannungsanalyse?

Die Thermische Spannungsanalyse (TSA) ermöglicht die Visualisierung von Spannungsverteilungen in Bauteilen während dynamischer Belastung. Sie dient der Validierung von Simulationen, der Erkennung von Rissbildung und dem Verständnis des Versagensverhaltens von Materialien.

Typische Anwendungen

  • Erkennung von Eigenspannungen nach Fertigungsprozessen (z. B. Schweißen, Umformen)
  • Untersuchung von Bauteilen unter Last
  • Validierung von FEM-Simulationen
  • Qualitätskontrolle bei Werkstoffen mit anisotropem Verhalten
  • Forschung & Entwicklung bei neuen Werkstoffen oder Verbundmaterialien
  • Thermografische Lösung

    Die TSA basiert auf der Erfassung minimaler Temperaturänderungen, die durch mechanische Spannungen im Material entstehen. Mit Hilfe von Lock-in-Thermografie werden diese Änderungen präzise detektiert und visualisiert.

    Bei zyklischer Belastung eines Bauteils führen elastische Verformungen zu minimalen Temperaturänderungen (thermoelastischer Effekt). Diese werden mit einer synchronisierten Infrarotkamera erfasst. Die resultierenden Daten ermöglichen die Darstellung von Spannungsverteilungen und die Identifikation von Rissbildung oder Materialermüdung.

    Dehnungsmessstreifen oder Thermografie?

    Dehnungsmessstreifen sind das Standardwerkzeug, wenn Spannungen am realen Bauteil gemessen werden: Jeder Streifen wird aufgeklebt, verkabelt und liefert die Dehnung an genau einem Punkt. Wo die höchste Spannung auftritt, muss vorher bekannt sein. Die thermische Spannungsanalyse von edevis ist die bildgebende Alternative zu Dehnungsmessstreifen: Unter zyklischer Last ändert sich die Temperatur des Materials mit jedem Lastwechsel minimal, der thermoelastische Effekt. Eine synchronisierte Infrarotkamera erfasst diese Änderungen und macht daraus ein vollflächiges Spannungsbild des ganzen Bauteils, berührungslos und ohne Applikation. Spannungsspitzen, Kerbwirkungen und beginnende Risse werden dort sichtbar, wo sie entstehen. Typisch für Prüfstandsversuche, FEM-Validierung und Ermüdungsuntersuchungen.

    Kriterium
    Dehnungsmessstreifen
    Thermografie (edevis)
    Messung
    Dehnungsmessstreifen
    ein Punkt je Streifen
    Thermografie (edevis)
    vollflächig, jedes Pixel ein Messpunkt
    Applikation
    Dehnungsmessstreifen
    kleben, verkabeln, je Messstelle
    Thermografie (edevis)
    keine, berührungslos
    Spannungsspitzen
    Dehnungsmessstreifen
    müssen vorher bekannt sein
    Thermografie (edevis)
    werden im Bild gefunden
    Belastung
    Dehnungsmessstreifen
    statisch und zyklisch
    Thermografie (edevis)
    zyklisch, am Prüfstand
    Ergebnis
    Dehnungsmessstreifen
    Messwert je Kanal
    Thermografie (edevis)
    Spannungsbild, direkt mit der FEM vergleichbar

    Ersetzt die thermische Spannungsanalyse den Dehnungsmessstreifen?

    Im Prüfstandsversuch mit zyklischer Last häufig ja, weil sie das ganze Bauteil auf einmal erfasst und Spannungsspitzen ohne Vorwissen findet. Für statische Lasten und die absolute Messung an definierten Punkten bleibt der Dehnungsmessstreifen gesetzt. Oft ergänzen sich beide: Die Thermografie zeigt, wo es kritisch wird, der Streifen liefert dort den Absolutwert.

    Was zeigt das thermische Spannungsbild?

    Die Verteilung der mechanischen Spannung unter Last: Kerbwirkungen, Lastpfade, Einflüsse von Eigenspannungen und beginnende Risse, die sich als lokale Spannungsspitze verraten. Die Auswertung erfolgt mit DisplayImg TSAvis in Echtzeit, synchron zum Prüfstand.

    Softwarelösung für die thermische Spannungsanalyse

    Für die effiziente Umsetzung der thermischen Spannungsanalyse bietet die Softwarelösung DisplayImg TSAvis eine leistungsstarke Plattform. Sie ermöglicht die präzise Messung und Auswertung von Spannungen und Dissipation in Echtzeit – ideal für Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung.

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    Für welche Materialien ist die Thermografie geeignet?

    Ist die Methode für die Inline-Integration in Produktionsprozesse geeignet?

    Welche Materialien können mit TSA untersucht werden?

    Welche Softwarelösungen unterstützen die Auswertung der TSA-Daten?

    Wie empfindlich ist die TSA gegenüber Temperaturänderungen?