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Vortrag

Skalierbares Überwachungssystem für die Lokalisierung von Schädigungsereignissen in dünnwandigen CFK-Strukturen auf Basis der Schallemissionsanalyse und neuronalen Netzwerken

Thursday (27.06.2019)
17:00 - 17:20 Uhr

Eine stetige Herausforderung für die Auslegung und den Betrieb von CFK-Primärstrukturen stellt deren Empfindlichkeit gegenüber schlagartigen Beanspruchungen dar. Diese kann zur Ausbildung von äußerlich nicht sichtbaren Delaminationen führen, welche die Strukturintegrität gefährden. In der Praxis wird dieser Umstand mit aufwändigen Inspektionen oder konservativer Auslegung begegnet. Strukturüberwachungssysteme (engl.: Structural Heath Monitoring, SHM) stellen mit dem Potential einer permanenten Überwachung eine mögliche Alternative dar, die in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewinnt. Die größten Markteinstiegsbarrieren für diese Technik sind die Systemkosten und –zuverlässigkeit. Diese Studie widmet sich diesen beiden Punkten mit der Entwicklung eines low-cost Systems mit dem sich künstliche Schallquellen, wie sie von typischen Schadensereignissen ausgehen, zuverlässig in einer CFK Struktur lokalisieren lassen.

Die Umsetzung erfolgt unter Ausnutzung der Schallemissionsanalyse, die für die integrale Strukturüberwachung einen vielversprechenden Lösungsansatz darstellt. Sie beruht auf der Detektion von akustischen Wellen, die bei Rissinitiierung und -wachstum freigesetzt werden und sich in dünnwandigen Strukturen als Lamb-Wellen großflächig ausbreiten können. Die Herausforderungen bzgl. der Quellenlokalisierung liegen bei dünnwandigen CFK Strukturen in der Berücksichtigung der Wellendispersion, der anisotropen Materialeigenschaften, sowie der variablen Bauteilgeometrie und Grenzflächen. In dieser Arbeit wird diese Komplexität über das Training eines neuronalen Netzes eingefangen. Dazu werden künstliche Schallquellen verwendet, die akustische Emissionen typischer Schädigungsereignisse im Material in Frequenz- und Modengehalt imitieren. Als Demonstratorbauteil dient ein Omegaprofil, das mit einem Netzwerk aus piezoelektrischen Sensoren ausgestattet wird, welches für die zuverlässige Ortung innerhalb eines definierten Fensters ausgelegt wurde. Die Signalverarbeitung erfolgt auf einem Einplatinencomputer, der zusammen mit einem digitalen Oszilloskop die Messkette abschließt. Das System stellt einen modularen, low-cost Ansatz dar, der sich unter Anpassung der Hardware und des Trainings auf andere Anwendungen übertragen lässt. In der Arbeit werden neben der Systementwicklung, die Ortungsgenauigkeit und der Einfluss von Störgrößen thematisiert.

 

Sprecher/Referent:
Benjamin Kelkel
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Philipp Argus
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
  • Dr. Martin Gurka
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)