Das zunehmende Interesse an Holz als nachhaltigem Baumaterial hat das Department of Civil Engineering der University of Queensland und das dazugehörige Structures Lab dazu veranlasst, eine neue, innovative Struktur zu entwickeln. Dünne Schichten aus faserverstärkten Polymeren (fiber-reinforced polymers bzw. FRP) werden mit Holzfurnieren oder -platten kombiniert, um leistungsstarke, leichte und einfach zu konstruierende Bauteile zu schaffen. Der neue Verbundwerkstoff wurde als dünnwandige Hybrid-FRP-Holz-Struktur (HFT) bezeichnet. Um das strukturelle Verhalten dieses Trägertyps zu untersuchen, wurde ein 4-Punkt-Biegeversuch für eine Reihe von hergestellten Trägerprüfkörpern durchgeführt. Für die genaue Messung von Dehnung und Verschiebung während des Tests wurden berührende und berührungslose Systeme gemeinsam eingesetzt.
Für HFT-Träger wurde ein 4-Punkt-Biegetest durchgeführt. Das Hauptziel des Tests war es, die Biegekapazität, das strukturelle Verhalten und die Versagensarten dieser Träger unter Biegung zu ermitteln. Ein digitales 3D-Bildkorrelationssystem wurde eingesetzt, um sich auf den Bereich zu konzentrieren, in dem die Spannungen am höchsten waren, und die Vollfelddaten und 3D-Messungen erwiesen sich als unschätzbar wertvoll. In den Bereichen des Trägers, in denen keine vollständigen 3D-Datensätze erforderlich waren, wurden die gewünschten Messungen mit herkömmlichen 1D-Dehnungsmessstreifen und linearen Potentiometern erfasst.
Das UTM der Universität wurde zur Auslenkungssteuerung verwendet, um die richtigen Lasten in den HFT-Trägerprüfkörper einzuleiten. Um die Messungen an allen kritischen Punkten des Trägers vollständig und genau zu erfassen, wurden, wie bereits beschrieben, mehrere Geräte eingesetzt. Im obigen Bild wurden Dehnungsmessstreifen an den oberen und unteren Flanschen des Trägers angebracht. Am unteren Flansch wurden außerdem lineare Potentiometer angebracht, um die Trägerverschiebung in Belastungsrichtung zu erfassen. Schließlich wurden die Stereokameras des 3D-DIC-Systems horizontal montiert, um die Vollfeldverschiebung und die Dehnungsverteilung über den vorderen Steg des Trägers, den wichtigsten Analysebereich dieses Tests, zu messen.
Diese Systemkonfiguration war auf zwei unterschiedliche, aber gleichermaßen vorteilhafte, Arten sehr effizient. Aus Sicht der Datenanforderungen wurden Dehnungsmessstreifen und Potentiometer in den Prüfbereichen verwendet, in denen gezielte Punktdaten ausreichend waren, während DIC-Daten im Vollfeld (kontinuierlich) in den Bereichen genutzt wurden, in denen eine anisotrope und/oder außerelektronische Verschiebung möglich war. In diesem Fall waren die Kontaktierungsgeräte auch in allen Bereichen nützlich, die außerhalb des Sichtfeldes der Kamera lagen. Aus Sicht der Gesamttestzeit konnte durch die Verwendung von DIC anstelle von Dehnungsmessstreifen eine erhebliche Zeitersparnis beim Testaufbau erzielt werden.Die Nutzung der Vollfeld-Fähigkeiten von DIC wird immer schneller sein als das Anbringen mehrerer Dehnungsmessstreifen im gleichen Sichtfeld.
Ein zu wenig genutzter Vorteil von mehreren Messsystemen sind Bereiche mit benachbarten und redundanten Daten. In diesem Szenario wurden die DMS-Daten der oberen und unteren Stegfläche mit den DIC-Daten der oberen und unteren Stegfläche verglichen, um die Dehnungskontinuität der äußeren Schicht aus faserverstärktem Polymer (FRP) zu untersuchen. Die Daten des DIC für die Verschiebung außerhalb der Ebene wurden auch mit den redundanten Verschiebungsdaten der Potentiometer verglichen. Das Ausmaß, in dem benachbarte und redundante Daten zur Validierung von Testergebnissen verwendet werden können, erhöht das Vertrauen in die endgültige Analyse.
1 Für weitere Details zu dieser neuen Art von Konstruktionsstruktur, die als „dünnwandige Hybrid-FRP-Holz-Struktur (HFT)“ bezeichnet wird, lesen Sie den Fachartikel „Hybrid fiber-reinforced polymer-timber thin-walled structural members“, der am 15. Dezember 2017 von Fernando et al. veröffentlicht wurde. Weitere Beiträge zu dieser speziellen Fallstudie stammen von dem Doktoranden Weiqi Cui und dem leitenden wissenschaftlichen Mitarbeiter Chris Russ.
