Kurzbeschreibung:
Ziel ist die integrierte Überprüfung der Sensoren aktiver und passiver Überwachungssysteme, die für die Zustandsüberwachung von Faserverbundstrukturen genutzt werden.
Abstract:
Das Feld der kontinuierlichen Zustandsüberwachung während des Betriebs, das als Structural Health Monitoring bezeichnet wird, gewinnt – bedingt durch die höhere Auslastung von Strukturen – nicht nur im Bereich der Luft- und Raumfahrt, sondern auch für zivile Bauwerke und technische Anlagen an Bedeutung. Um sinnvolle Verfahren zur Überprüfung der Strukturintegrität und effiziente Algorithmen zur Datenauswertung anzuwenden, wird im Allgemeinen ein Sensornetzwerk zur Datengenerierung genutzt. Vielfach kommen hier piezoelektrische Sensoren zum Einsatz. Es muss für eine zuverlässige Anwendung gewährleistet sein, dass die Sensoren so funktionieren, wie es für die Strukturüberwachung notwendig ist. Dies sicherzustellen, ist das Ziel des Forschungsvorhabens. Bezüglich der zu überwachenden Struktur wird ein Schwerpunkt auf faserverstärkte Kunststoffe als Trendwerkstoff der Zukunft gelegt.
Abbildung 1: Ansatz zur Modellierung der Kopplung zwischen Sensor und Struktur, [Zag01]
Zunächst wird im Rahmen dieser Arbeit eine grundlegende physikalische Modellierung eingesetzter Sensoren und ihrer Applizierungsarten angestrebt. Des Weiteren müssen Fehler und Ausfallarten bestimmt und physikalisch beschrieben werden. Die vollständige Modellierung des elektromechanischen Kopplungsverhaltens und der daraus resultierenden elektromechanischen Impedanz von piezoelektrischen Sensoren, sowie die Validierung dieser mit numerischen und experimentellen Mitteln sind essentiell zur Nutzung des zu entwickelnden Systems, das die Überprüfung der zur Strukturüberwachung eingesetzten Sensoren auf verschiedene Schäden hin ermöglicht. Hierbei liegt ein besonderes Augenmerk auf der Kompensation von Umgebungseinflüssen, um die Anwendbarkeit unter realen Bedingungen sicherzustellen.
Abbildung 2: Auftragung des Imaginärteils der Admittanz - als Kehrwert der Impedanz- über der Frequenz für Proben mit unterschiedlichen Umgebungsbedingungen und Schädigungszuständen
Mit der Integration dieses Systems in ein Gesamtkonzept zur Strukturüberwachung gehen Kompatibilitätsthemen genauso einher, wie die effektive Auswertung der ermittelten Daten beispielsweise mit Hilfe neuronaler Netze, um die erreichten Ergebnisse für weitere Forschungszwecke, aber auch Anwendungen im Alltag nutzbar zu machen.
Quelle:
[Zag01] Zagrai, A. N.; Giurgiutiu, V.: Electro-Mechanical Impedance Method for Crack Detection in Thin Plates, Journal for Intelligent Material Systems and Structures, 2001
Das Projekt wurde mit Hilfe der Studienstiftung des deutschen Volkes finanziert.
