151-0535-00L  Optical Methods in Experimental Mechanics

SemesterHerbstsemester 2019
DozierendeE. Hack, R. Brönnimann
Periodizitätjährlich wiederkehrende Veranstaltung
LehrspracheEnglisch



Lehrveranstaltungen

NummerTitelUmfangDozierende
151-0535-00 GOptical Methods in Experimental Mechanics3 Std.
Mo14:15-17:00ML J 34.1 »
E. Hack, R. Brönnimann

Katalogdaten

KurzbeschreibungDie Vorlesung behandelt optische Methoden zur Messung des mechanischen Verhaltens einer Struktur, zur Bestimmung von Materialkennwerten, und zur Validierung von numerischen Simulationen. Im Fokus stehen Anwendungen, Stärken und Grenzen bildgebender Methoden der Verformungs-, Dehnungs- und Spannungsmessung. Die Vorlesung wird mit zwei Praktikumsnachmittagen an der Empa in Dübendorf ergänzt.
LernzielDie Studierenden können einfache optische Aufbauten planen und die Bildaufnahme beschreiben. Sie verstehen das Messprinzip der verschiedenen Messmethoden zur Form-, Verformungs- und Dehnungsmessung. Insbesondere können sie erklären, wie die Messgrösse in ein Interferenzsignal, eine Polarisations- oder eine Temperaturänderung umgewandelt wird. Sie kennen die wichtigsten Anwendungen und Einsatzgebiete der einzelnen Techniken. Sie sind in der Lage, die für eine Messaufgabe am besten geeignete Technik auszuwählen und deren erwartete Auflösung abzuschätzen. An den Praktikumsnachmittagen werden die theoretischen Betrachtungen durch konkrete Messaufgaben vertieft, womit der Lernerfolg nachhaltig wird.
InhaltNach einer Einführung in Optik und Bilderfassung wird erläutert, auf welche Weise mechanische Grössen wie Verformung, Dehnung oder Spannung in eine Bildinformation umgesetzt werden. Die Messmethoden basieren auf diversen optischen Prinzipien :

- Triangulation (Bildkorrelation, Streifenprojektion)
- Interferenz (Speckle Pattern Interferometrie, Shearography)
- Beugung (Moiré-Interferometrie, Faser-Bragg-Gitter)
- Doppelbrechung (Spannungsoptik)
- Wärmestrahlung (Thermal Stress Analysis)

Daneben werden zeitaufgelöste Messungen im Zusammenhang mit Modalanalyse und transienten Vorgängen vertieft. Die Kalibrierung optischer Messgeräte und deren Anwendung auf die Validierung von numerischen Simulationen werden diskutiert.

Die Themen umfassen:
- Einführung in Optik und Bildgebung
- Digitale Bildkorrelation
- Strukturierte Weisslichtmethoden
- Beugung und Interferometrie
- Speckle pattern interferometry
- Schwingungsanalyse und transiente Verformungen
- Anwendungen auf Mikrosysteme und Grenzflächen
- Spannungsanalyse: Spannungsoptik
- Spannungsanalyse: Thermoelastizität
- Kalibrierung und Validierung von numerischen Simulationen
- Faseroptische Methoden

Das Semester beinhaltet zwei Praktikums-Nachmittage an der Empa, wo die Studierenden eigene Erfahrungen mit bildgebenden Methoden sammeln. Diese beinhalten je nach Interessenlage der Studierenden und Verfügbarkeit der Geräte z.B Digitale Bildkorrelation, Speckle pattern interferometry, Thermoelastizität, Faseroptik, Streifenprojektion.
SkriptFolienkopien der einzelnen Lektionen werden on-line in ILIAS zur Verfügung gestellt. Jede Lektion enthält Übungen. Es wird zu einem privaten Blog eingeladen, der die Diskussion über die Vorlesungsinhalte und die Übungen erleichtern soll. Musterlösungen zu den Übungen werden zeitversetzt zur Verfügung gestellt.
LiteraturEine gute Übersicht über die Grundlagen der optischen Methoden bieten die folgenden Lehrbücher:

Toru Yoshizawa, Ed., Handbook of Optical Metrology, 2nd edition, 2015, CRC Press, Boca Raton
ISBN 978-1-4665-7359-8

Pramod Rastogi, Erwin Hack, Eds., Optical Methods for Solid Mechanics: A Full-Field Approach
2012, Wiley-VCH, Berlin
ISBN 978-3-527-41111-5

W. N. Sharpe Jr., Ed., Handbook of Experimental Solid Mechanics
2009, Springer, New York
ISBN 978-0-387-26883-5
Voraussetzungen / BesonderesGrundbegriffe der Optik und Interferometrie, z.B. aus Physik-Grundkursen sind von Vorteil.

Leistungskontrolle

Information zur Leistungskontrolle (gültig bis die Lerneinheit neu gelesen wird)
Leistungskontrolle als Semesterkurs
ECTS Kreditpunkte4 KP
PrüfendeE. Hack, R. Brönnimann
FormSessionsprüfung
PrüfungsspracheEnglisch
RepetitionDie Leistungskontrolle wird in jeder Session angeboten. Die Repetition ist ohne erneute Belegung der Lerneinheit möglich.
Prüfungsmodusmündlich 30 Minuten
Zusatzinformation zum PrüfungsmodusIf requested by the candidate, examination can be held in German.
Diese Angaben können noch zu Semesterbeginn aktualisiert werden; verbindlich sind die Angaben auf dem Prüfungsplan.

Lernmaterialien

Keine öffentlichen Lernmaterialien verfügbar.
Es werden nur die öffentlichen Lernmaterialien aufgeführt.

Gruppen

Keine Informationen zu Gruppen vorhanden.

Einschränkungen

Keine zusätzlichen Belegungseinschränkungen vorhanden.

Angeboten in

StudiengangBereichTyp
Maschineningenieurwissenschaften MasterMechanics, Materials, StructuresWInformation