Untersuchungen zur Anwendung strukturintegrierter Resonatorarrays für das Erkennen stofflicher Veränderungen in polymerbasierten Leichtbaumaterialien

Polymerbasierte Leichtbaumaterialien (LMs) werden zunehmend als Konstruktionswerkstoffe im Transportwesen (Automobilbau, Luft- und Schifffahrt, Schienenverkehr), in der zivilen Infrastruktur, im Bauwesen und in der Energietechnik eingesetzt, um Energie, Gewicht und Ressourcen einzusparen, sowie den Ausstoß klimaschädlicher Treibhausgase zu reduzieren. Sie besitzen eine hohe Festigkeit, Stabilität, Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und können energie-, kosten- und ressourceneffizient hergestellt werden. Stoffliche Änderungen können irreversible Schäden am LM hervorrufen und zum frühzeitigen Materialversagen führen. Daher ist eine Materialüberwachung sinnvoll. Die vorliegende Arbeit untersucht einen neuartigen Sensoransatz zur Zustandsüberwachung von LMs mittels passiver und strukturintegrierter elektromagnetischer Resonatorarrays (RAs). Sie zeichnen sich durch regelmäßig zueinander angeordnete Subwellenlängenresonatoren aus, die in Drucktechnologie umgesetzt und mittels Spritzgieß- oder Vakuum-Infusionstechnologie in die LMs integriert werden. Stoffliche Veränderungen bewirken ein verändertes elektromagnetisches Resonanzverhalten der RAs, dass per Reflexionsmessung kontaktlos ausgewertet werden kann. Es werden reflexionsbasierte Sensorkonzepte durch den Einsatz mehrlagiger RAs erarbeitet und das Reflexionsverhalten numerisch mittels der Finiten-Elemente-Methode analysiert und die betrachteten RAs exemplarisch umgesetzt, integriert und hinsichtlich ihrer Sensorfunktion bewertet.