Detektion und Lokalisierung von strukturellen Schäden mit Hilfe von geführten Wellen: Fid-Bau Portal

Detektion und Lokalisierung von strukturellen Schäden mit Hilfe von geführten Wellen

Peil, Udo / Loppe, Stefan

Der Braunschweiger Sonderforschungsbereich SFB 477 'Sicherstellung der Nutzungsfähigkeit von Bauwerken mit Hilfe innovativer Bauwerksüberwachung' beschäftigt sich seit 1998 mit verschiedenen Methoden, Strategien und Verfahren zur Bauwerksüberwachung sowie deren konkreter Anwendung. Im Teilprojekt 'Rißerkennung mit Hilfe von Piezo- Arrays', das seit 2004 läuft, wird an der Detektion und Lokalisierung von Schäden an Stahlkonstruktionen gearbeitet. Das vorgestellte Verfahren dient der automatisierten, großflächigen Überwachung stählerner Konstruktionen mit Hilfe einer zerstörungsfreien Prüfung. Hierzu werden piezokeramische Elemente in Form von Arrays auf die zu überwachende Struktur appliziert und dann sowohl als Sensoren als auch als Aktuatoren eingesetzt. Mit Hilfe der geeignet angesteuerten Piezoelemente gelingt es, definierte Plattenwellen im Bauteil zu erzeugen. Aufgetretene Schädigungen können durch das veränderte Antwortverhalten der Struktur detektiert werden. Neben anderen Signalverarbeitungsverfahren wird hierbei das Prinzip des so genannten Beamformings auf der Sensorseite eingesetzt. Anhand des Beispiels einer 6 mm dicken Stahlplatte wird die Sensitivität der Schadensdetektion demonstriert. Wie die Ergebnisse der bisherigen Arbeiten zeigen, ist eine Schadensdetektion und auch eine präzise Schadensortung mit Hilfe einfacher und kostengünstiger piezoelektrischer Keramikscheiben erfolgreich möglich. Die hierzu erforderlichen Signalauswertungsverfahren wurden zum Teil selbst entwickelt und liefern als Ergebnis einfach interpretierbare Darstellungen. Des weiteren wurden wesentliche Erkenntnisse zur FE-Simulation der geführten Wellenausbreitung sowie der piezoelektrischen Eigenschaften gewonnen, so daß die FE-Methode als Werkzeug etwa zur Generierung von Meßsignalen verwendet werden kann, wenn der ungestörte Referenzzustand eines Bauwerks nicht mehr vorliegt, dieser aber benötigt wird. Zukünftige Arbeiten in diesem Bereich werden sich mit der Variation diverser Parameter wie der Blechdicke, der konstruktiven Störgeometrie oder auch dem Anregungssignal beschäftigen. Darüber hinaus ist mit der Entwicklung eines alternativen, ebenfalls piezobasierten Verfahrens begonnen worden, bei dem in größeren Abständen rasterartig applizierte Einzel-Piezos (und keine Cluster) den Bereich innerhalb dieses Rasters überwachen. Im Gegensatz zum radialen Prinzip des Beamformings ist hiermit eine Anpassung an beliebigere Geometrien möglich.

The procedure presented serves for an automatic large-area monitoring of steel structures by means of non-destructive testing, Piezoceramic members are applied as a cluster to the structure under observation. These elements are used both as sensors and as actuators and initiate guided wave propagation in the structure. Damages are detected by the changed structural response. Beside other methods of signal processing the principle of beamforming is used with the sensor signals. The example of a 6 mm steel plate shows the sensitivity of the developed procedure for damage detection.