Die herkömmliche in-situ Belastungsvorrichtung für die industrielle CT weist Probleme wie unzureichende Temperaturregelung, verzögerte Regelantwort und thermische Gradientenartefakte bei hohen oder niedrigen Temperaturen auf, was zu verzerrten Beobachtungen des thermo-mechanischen Verhaltens von Verbundwerkstoffen führt. Auf Basis der bestehenden in-situ Zugversuchsplattform wurde eine bidirektionale temperaturgeregelte in-situ Belastungsvorrichtung für industrielle CT-Systeme entwickelt. Durch Optimierung der Spannvorrichtungsstruktur, Konzipierung eines bidirektionalen Temperaturregelmoduls und Aufbau eines hochkompatiblen in-situ Zugregelsystems gelang in einem temperaturgeregelten Bereich von -20 bis 150 °C eine zerstörungsfreie Charakterisierung des mikrostrukturellen Entwicklungsprozesses von Verbundwerkstoffproben durch industrielle CT. Anhand dieser Vorrichtung wurden in-situ Zugversuche an plattenförmigen Kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) unter verschiedenen Temperaturbedingungen durchgeführt. In Verbindung mit der 3D-Rekonstruktionstechnologie der industriellen CT konnten interne mikroskopische Schädigungsprozesse von CFK erfasst werden. Die Experimente zeigten, dass die industrielle CT-Scans den gesamten Prozess von mikroskopischen Schädigungen bis zum makroskopischen Versagen der Proben bei zunehmendem Zugversatz unter Temperaturbedingungen von -20 bis 150 °C klar und in Echtzeit aufzeichnen konnten. Bei hohen Temperaturen trat eine Weichwerdung der CFK-Matrix, signifikantes Ablösen der Grenzfläche und thermische Ausdehnungsfehlanpassung auf, was zu einer mechanischen Leistungsminderung führte; bei niedrigen Temperaturen traten Probleme wie Harzversteifung, das Entstehen von Mikrorissen und konzentrierten Grenzflächenspannungen auf, was zu einer Verschlechterung der Leistung führte. Die Vorrichtung zeigte eine gute Temperaturregelung und Belastungsstabilität im Bereich von -20 bis 150 °C. Die erfolgreiche Entwicklung dieser Vorrichtung bietet wichtige technische Mittel zur eingehenden Aufdeckung der internen Schädigungsmechanismen und Strukturveränderungsgesetze von Verbundwerkstoffen in extremen Temperaturumgebungen und bildet eine experimentelle Grundlage für ihre Anwendung in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Verkehr und Transportwesen.

Industrielle CT;in-situ Zugbelastungsvorrichtung;bidirektionale Temperaturregelung;Kohlefaser-verstärkter Kunststoff;interne Schädigungsentwicklung