Eine vollständig aus GFRP im Pultrusionsverfahren hergestellte Fußgängerbrücke begann Monate nach ihrer Installation sichtbare Längsrisse zu entwickeln. Die visuelle Inspektion konnte den Ursprung des Versagens nicht ermitteln. Es wurde eine dreidimensionale Analyse mittels digitalisierter Ultraschalluntersuchung durchgeführt, um das Innere der Träger zu kartieren. Dabei wurden ausgedehnte Bereiche mit mangelnder Harzimprägnierung im Kern des Profils aufgedeckt.
Arbeitsablauf: Scannen, Inspektion und Simulation in nCode 🔬
Der technische Prozess begann mit der Erfassung volumetrischer Daten mittels eines synchronisierten Arrays von Ultraschallwandlern, wodurch eine dreidimensionale Punktwolke des Materialinneren erzeugt wurde. Diese Punktwolke wurde in GOM Inspect importiert, um das nominelle CAD-Modell mit der tatsächlichen Geometrie des Defekts abzugleichen. Es wurden Harzleerstellen von bis zu 8 mm Länge im zentralen Bereich des Trägers identifiziert. Anschließend wurde ein Finite-Elemente-Netz nach Siemens Simcenter exportiert, wo die orthotropen Eigenschaften des GFRP zugewiesen wurden. Das Modell wurde mit Randbedingungen zyklischer Fußgängerbelastung beaufschlagt. Schließlich wurde der Spannungsverlauf an nCode DesignLife übergeben, um eine mehrachsige Ermüdungsanalyse durchzuführen, die eine um 60% reduzierte Lebensdauer aufgrund der Spannungskonzentration an den Rändern der Leerstellen vorhersagte.
Implikationen für die Qualitätskontrolle beim Pultrusion ⚙️
Die Methodik zeigte, dass das Versagen nicht auf ein mangelhaftes strukturelles Design zurückzuführen war, sondern auf einen internen Fertigungsfehler. Die mangelnde Imprägnierung wirkt wie eine innere Kerbe, die unter wiederholten Biegebelastungen die Delamination einleitet. Dieser Fall bestätigt die Notwendigkeit, Systeme zur volumetrischen 3D-Inspektion und Ermüdungssimulation in die Produktionslinie pultrudierter Profile zu integrieren, um kritische Bereiche vor der Inbetriebnahme zu erkennen.
Welche Finite-Elemente-Simulationsmethoden ermöglichen eine genauere Vorhersage der Delaminationsausbreitung in pultrudierten GFRP-Profilen unter zyklischen Ermüdungsbelastungen?
(PS: Materialermüdung ist wie deine nach 10 Stunden Simulation.)