Advertisement

Leichtbau 4.0: Grundlagen und Potenziale des Structural Health Monitorings

  • Kai-Uwe SchröderEmail author
  • Andreas Preisler
Chapter
  • 76 Downloads

Zusammenfassung

Die Möglichkeiten des Leichtbaus sind noch nicht ausgeschöpft. Insbesondere eine Verringerung der Unsicherheiten in der Auslegung bietet ein enormes Potenzial zur Gewichtsreduktion durch die genauere Kenntnis von Lasten und Strukturzuständen. Ein Structural Health Monitoring (SHM) der Struktur erschließt diese Möglichkeiten. Es wird beschrieben, was unter einem SHM zu verstehen ist und welche verschiedenen Ansätze in Forschung und Entwicklung grundsätzlich verfolgt werden. Dem schließt sich die Darstellung des SHM basierend auf sogenannten strukturellen Schadensindikatoren an. Dieser Ansatz hat sich als besonders effizient und robust in der Bauteilzustandsüberwachung erwiesen, was anhand der Entwicklung eines solchen Systems für eine geflochtene Faserverbund-Welle mit integrierten Faseroptischen Sensoren demonstriert wird. Dazu wird aufgezeigt, welche weiteren Vorteile die Integration eines SHM-Systems auf der Basis struktureller Schadensindikatoren in das Bauteil bietet. Dies reicht von der Qualitätssicherung in der Produktion bis hin zur Erstellung eines Digitalen Zwillings der Struktur.

Notes

Danksagung

Die Demonstration eines SHM-Systems an der geflochtenen GFK-Welle erfolgte in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Textiltechnik, dem Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung, dem Institut für Kraftfahrzeuge und dem Institut der Schweißtechnik und Fügetechnik der RWTH Aachen, dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik sowie Georg Merzenich (enjoy Innovation). Die Autoren danken an dieser Stelle allen Beteiligten für die erfolgreiche und konstruktive Zusammenarbeit.

Literatur

  1. Boller C (2013) Structural health monitoring – its association and use. In: Ostachowicz W, Güemes A (Hrsg) New trends in structural health monitoring. Springer, Wien/Heidelberg/New York/Dordrecht/LondonGoogle Scholar
  2. Boller C, Chang FK, Fujino Y (2009) Encyclopedia of structural health monitoring. Wiley, HobokenCrossRefGoogle Scholar
  3. Farrar CR, Worden K (2007) An introduction to structural health monitoring. Philos Trans A Math Phys Eng Sci 365:303–315CrossRefGoogle Scholar
  4. Huang T, Chaves-Vargas M, Yang J, Schröder K-U (2018) A baseline-free structural damage indicator based on node displacement of structural mode shapes. J Sound Vib 433:366–384CrossRefGoogle Scholar
  5. Klein B (2008) Leichtbau-Konstruktion – Berechnungsgrundlagen und Gestaltung. Vieweg/Teubner, WiesbadenGoogle Scholar
  6. Konstantopoulos S, Fauster E, Schledjewski R (2014) Monitoring the production of FRP composites: a review of in-line sensing methods. Express Polym Lett 8:823–840CrossRefGoogle Scholar
  7. Paul F (2015) Dem Kleben Vertrauen schenken. Adhäsion Kleben Dichten 59:20–23Google Scholar
  8. Preisler A, Schröder K-U, Schagerl M (2018) Intrinsic damage assessment of beam structures based on structural damage indicators. Am J Eng Res 7:56–70Google Scholar
  9. Preisler A, Bareiro O, Drichel P, Ackermann P, Schröder K-U, Gries T, Jacobs G, Schmitt R (2019) Impact damage detection of a braided composite shaft using integrated fibre optical sensors. Emergent Materials, submittedGoogle Scholar
  10. Ramakrishnan M, Rajan G, Semenova Y, Farrell G (2016) Overview of fiber optic sensor technologies for strain/temperature sensing applications in composite materials. Sensors 16:99CrossRefGoogle Scholar
  11. Rytter A (1993) Vibration based inspection of civil engineering structures. Dissertation, Aalborg University, AalborgGoogle Scholar
  12. Schagerl M, Viechtbauer C, Schaberger M (2015) Optimal placement of fiber optical sensors along zero-strain trajectories to detect damage in thin-walled structures with highest sensitivity. In: Chang FK (Hrsg) System reliability for verfication and implementation. DEStech Publications, LancasterGoogle Scholar
  13. Viechtbauer C, Schröder K-U, Schagerl M (2012) Structural health control – a comprehensive concept for observation and assessment of damages. In: Scheidel R, Jacoby B (Hrsg) The 13th mechatronics forum international conference proceedings. Trauner, LinzGoogle Scholar
  14. Wiedemann J (2007) Leichtbau – Elemente und Konstruktion. Springer, Berlin/HeidelbergGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature 2020

Authors and Affiliations

  1. 1.RWTH Aachen, Institut für Strukturmechanik und LeichtbauAachenDeutschland

Personalised recommendations