Eine Methodik zur Adaption der optischen Deformationsanalyse in der Materialcharakterisierung und Modellvalidierung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christoph Hartmann
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515935549

Die optische Deformationsanalyse ist zu einem Kernbestandteil der Materialcharakterisierung und Modellvalidierung geworden. Im Ingenieurbereich wird diese Entwicklung, neben dem stetigen Fortschritt in optischer Sensorik und Computerhardware, getragen von Errungenschaften im Bereich der digitalen Bildkorrelation. Beim Einsatz von digitaler Bildkorrelation in der Praxis existieren allerdings weiterhin kritische Herausforderungen, insbesondere für dreidimensionale Messaufgaben, wie beispielsweise, die (nutzerunabhängige) Auswahl geeigneter Anfangswerte und angepasster Auswerteparameter im Algorithmus, die sinnvolle Berechnung der Auswertegrößen (in der Regel Dehnungen) bzw. deren räumlich-zeitliche Ableitungen, die Einbeziehung von Umgebungseinflüssen oder der Umgang mit Diskontinuitäten. In abstrakter Form lassen sich diese bestehenden Herausforderungen dadurch erklären, dass die optische Deformationsanalyse ein mathematisch schlecht gestelltes Problem darstellt. Zum einen betrifft dies die Aufgabe, die Bewegung materieller Punkte zeitlich zu verfolgen und im Falle von Stereo- bzw. Mehrkamerasysteme zusätzlich die räumliche Rekonstruktion des Messobjekts. Der mathematisch schlechten Problemstellung wird durch die Einführung von Annahmen und Randbedingungen begegnet, die in gewisser Hinsicht auch als Modellierung der Messaufgabe aufgefasst werden kann, durch Ansätze der Datenassimilierung und Regularisierung. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens werden diese Ansätze vor dem Hintergrund der Materialcharakterisierung und -prüfung aufgegriffen, ausgestaltet und erforscht. Annahmen und Randbedingung zur Lösung des mathematisch schlecht gestellten Problems sollen nicht nur anpassbar an die gestellte Messaufgabe sein, sondern die weitere Nutzung der erfassten Informationen berücksichtigen, insbesondere für die Parameteridentifikation und Modellvalidierung. Ziel des angestrebten Forschungsvorhabens ist es damit, ausgehend vom theoretischen Fundament des Bereichs Computer Vision, die gekoppelten Zusammenhänge zwischen optischer Erfassung, Auswerteansatz und Modellierungskontext zu verstehen, einerseits in einem virtuellen Abbild dieses Gesamtsystems und andererseits im realen Experiment.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen