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Vortrag

Demonstrator zur in-situ Lokalisierung von Schädigungsereignissen in dünnwandigen CFK Strukturen

Mittwoch (22.05.2019)
11:50 - 12:10 Uhr

Strukturüberwachungssysteme (engl. SHM – Structural Health Monitoring) für faserverstärkte Kunststoffe (FKV) ermöglichen durch die kontinuierliche Überwachung zustandsbasierte Wartungsmodelle, die das Potential zur Reduktion von Stillstandzeiten und zur Einsparung von Inspektionskosten bieten. Potentielle Anwendungen für diese Technik finden sich in Primärstrukturen von Flugzeugen, Automobilen und Rotorblättern für Windkraftanlagen, in denen sich FKV bereits etabliert haben. Jedoch konnten diese Systeme bis jetzt nur in Forschungsprojekten und Prototypen Anwendung finden, da der Zusatz an Kosten und Gewicht sowie der Zweifel an der Systemzuverlässigkeit wesentliche Barrieren für den Markteintritt darstellen.

Mit den vorhandenen Barrieren als Ausgangspunkt, wurde in dieser Arbeit ein SHM Demonstrator auf Basis der Schallemissionsanalyse entwickelt, der sich im speziellen der Quellenlokalisierung in CFK Strukturen widmet. Diese stellt in realen Bauteilen aufgrund von Wanddickensprüngen, Grenzflächen und der anisotropen Materialeigenschaften eine Herausforderung dar, der in dieser Arbeit mithilfe von neuronalen Netzwerken begegnet wird, die über ein gezieltes Training in der Lage sind die Komplexität der Aufgabe in der Netzwerkarchitektur zu erfassen. Das Training wurde mittels künstlicher Schallquellen durchgeführt, die akustische Emissionen hervorrufen, die in ihrem Frequenz- und Modengehalt denen von typischen Schädigungsereignissen in FKV ähnlich sind. Für die Detektion der Wellen kommen piezoelektrische Sensoren zum Einsatz, die im Übertragungsverhalten der Applikation angepasst sind und sich zusätzlich durch geringen Bauraum und Gewicht sowie eine einfach Applikation auszeichnen. Die Signalverarbeitung wird über ein digitales 4-Kanal Oszilloskop und einen Einplatinencomputer realisiert.

Mit diesem Ansatz zeigt der Demonstrator die Umsetzung eines ressourcenschonenden SHM Systems, das sich durch Skalierung der Hardware und applikationsspezifisches Training auf andere Strukturen und Anwendungen übertragen lässt.

 

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)