Systemidentifikation und Bauwerksüberwachung mit piezokeramischen Aktuatoren: Fid-Bau Portal

Systemidentifikation und Bauwerksüberwachung mit piezokeramischen Aktuatoren

Schuster, Konrad

In dieser Arbeit wird ein Monitoringkonzept für die automatisierte Überwachung von Stahltragwerken entwickelt. Das Konzept bewertet die Schwingungseigenschaften harmonisch angeregter Strukturen mit den Methoden der Systemidentifikation. Die Messtechnik wird in Form von piezokeramischen Aktuatoren direkt in das Tragwerk integriert. Die piezokeramischen Aktuatoren ermöglichen sowohl die dynamische Anregung des Systems als auch die Messung der Systemantwort. Für die Berechnung piezoelektrischer Systeme wird die Finite-Elemente-Methode verwendet. Das entwickelte finite Makroelement verringert den numerischen Aufwand, indem die elektro-mechanischen Gleichungen auf Elementebene analytisch gelöst werden. Im Rahmen der Systemidentifikation erfolgt die Anpassung eines mathematischen Modells des Tragwerks mit Hilfe der indirekten parametrischen Identifikation an die experimentell ermittelten dynamischen Größen. Das identifizierte Modell dient als Referenzlösung für die Zustandsanalyse. Für die Identifikation lokaler Zustandsänderungen werden zwei Indikatoren vorgestellt, welche die Lokalisierung und Quantifizierung einer Zustandsänderung ermöglichen. Hierfür wird die indirekte parametrische Identifikation mit einem Testverfahren gekoppelt. Die Validierung des Konzeptes erfolgt numerisch sowie experimentell an einem geschädigten Stahlblech.