Rowan University in den USA entwickelt rückwärtsgerichtete Verformungsdetektionstechnik für den 3D-Betondruck
de.wedoany.com-Bericht: Am 13. Oktober gab die Rowan University in den USA bekannt, dass ihr Ingenieurforschungsteam eine rückwärtsgerichtete digitale Bildkorrelationstechnik entwickelt hat, mit der sich Strukturverformungen während des 3D-Drucks und der Aushärtung von Beton rekonstruieren lassen und die Belastungswirkung von frisch aufgetragenem Beton auf darunterliegende Materialschichten gemessen werden kann. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Experimental Mechanics" veröffentlicht und von Islam Mantawy aus der Fakultät für Bau- und Umweltengineering sowie Behrad Koohbor aus der Fakultät für Maschinenbau gemeinsam geleitet.
Das Forschungsteam erfasste während des schichtweisen Druckens und der Aushärtung des Betons Tausende von Bildern, nahm das Bild der vollständig ausgehärteten Struktur als Referenz und führte eine digitale Bildkorrelationsanalyse in umgekehrter zeitlicher Reihenfolge durch, um die Verschiebungs- und Dehnungsänderungen der einzelnen Druckschichten zu rekonstruieren. Dieses Verfahren nutzt die natürlich entstehende raue Oberflächentextur des extrudierten Betons zur Verfolgung der Materialverformung und kombiniert mathematische Modelle zur Berechnung der Dehnungsverteilung des Betons während der schichtweisen Belastung, Schwindung und Aushärtung.
Die Forscher erstellten zunächst ein rückwärtsgerichtetes inkrementelles Bildkorrelationsanalysemodell, führten dann quasistatische Zugversuche an Proben aus der Aluminiumlegierung 6061 durch, verglichen die rückwärtsgerichteten Messergebnisse mit herkömmlichen vorwärtsgerichteten Messdaten und quantifizierten die punktuellen sowie die insgesamt gemittelten Messfehler. Anschließend wandte das Team das Verfahren auf Versuche zur additiven Fertigung von Beton an und rekonstruierte die Oberflächenverschiebung, das Dehnungsfeld und die Restverformung während des Druckprozesses.
Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die rückwärtsgerichtete Bildanalyse die Verformung von frisch gedrucktem Beton in der frühen Belastungs- und Aushärtungsphase erfassen und anfängliche Dehnungsdaten gewinnen kann, die mit herkömmlichen vorwärtsgerichteten Bildkorrelationstechniken nur schwer messbar sind. Das Team nannte zudem Temperatur, Feuchtigkeit und die chemische Zusammensetzung des Materials als Forschungsvariablen, die das Aushärtungsverhalten der gedruckten Struktur beeinflussen; künftige Forschungsrichtungen betreffen die Qualitätsüberwachung des Betondruckprozesses und die automatisierte Bausteuerung.
