Crack identification in a cantilever beam under uncertain end conditions: Fid-Bau Portal

Crack identification in a cantilever beam under uncertain end conditions

Narkis, Y. / Elmalah, E.

Rißbildungen in wichtigen Bauelementen gefährden die Zuverlässigkeit und somit die Betriebssicherheit der ganzen Konstruktion. Anfangsrisse entstehen entweder während des Fertigungsprozesses oder später durch Überbeanspruchung oder ermüdungsbedingt während der Betriebszeit. Die meisten Rißerkennungsmethoden basieren auf Überwachung der aus der Änderung der Gesamtsteifigkeit des geschädigten Teiles resultierenden Verschiebung der Resonanzfrequenz. Eine relevante Schwachstelle dieses Verfahrens ist die Überlagerung der geänderten mechanischen Parameter des Trägers durch die variierenden Randbedingungen, die aus der eventuell gelockerten Einspannung des Trägers resultieren. Es wird ein physikalisches Modell vorgestellt, das einen unvollkommen eingespannten Träger darstellt, der mit einem Querriß an einer nicht näher definierten Stelle behaftet ist. Der Rißeinfluß auf das Verhalten des Trägers wird durch eine Teilung des Trägers in zwei Abschnitte und deren Verbindung durch eine, den Riß darstellende, Biegefeder beschrieben. Es wird ein auf Änderungen von drei Resonanzfrequenzen des Trägers aufgebautes Prüfverfahren entwickelt, das eine direkte Ermittlung der Rißstelle auch unter unbestimmten Einspannbedingungen ermöglicht. Es wird gezeigt, daß trotz variierenden Einspannbedingungen die entsprechenden Verschiebungen der relativen Resonanzfrequenzen bei allen Arten der Biegebeanspruchung gleich bleiben. Ungleiche Verschiebungen der relativen Resonanzfrequenzen signalisieren die Anwesenheit von Rissen. Die jeweilige Rißposition kann dann unabhängig von der geometrischen Konfiguration und den Materialeigenschaften des Trägers mit Hilfe der sogenannten Universalkurve ermittelt werden. Die Tauglichkeit des vorgestellten Verfahrens wurde sowohl experimentell als auch mit Hilfe einer dynamischen Finite-Elemente-Simulation nachgewiesen.