openHSU – Research Showcase

Zur Bewältigung der Herausforderungen der alternden Infrastruktur und des Fachkräftemangels kann die Digitalisierung durch Effizienzsteigerungen einen wesentlichen Beitrag leisten. Die Zielsetzung ist die Realisierung eines Digitalen Zwillings der Infrastruktur, der das Bauwerksmanagement sowohl auf technischer als auch auf administrativer Ebene effizienter gestaltet. Die Bauwerksüberwachung erfolgt über die Erfassung physischer Veränderungen und deren Übertragung auf das digitale Abbild, das eine Analyse der Ursachen ermöglicht. Zur Erreichung dieser Ziele werden digitale Methoden wie Building Information Modelling (BIM) und Ontologien eingesetzt. Ontologien sind maschineninterpretierbare Modelle, die Bauwerksinformationen sowie das zugrunde liegende Expertenwissen vereinen und somit eine effizientere Administration ermöglichen. BIM ermöglicht die Verknüpfung semantischer, alphanumerischer und geometrischer Informationen. Der bidirektionale Informationsaustausch zwischen realen Brückenbauwerken und digitalem Abbild ist der Kern des Digitalen Zwillings. Dieser Ansatz wird bislang nur in einer begrenzten Anzahl von Projekten teilweise umgesetzt, weshalb ein Blick auf die unterschiedlichen Vorgehensweisen mit ihren Vor‐ und Nachteilen sowie die damit verbundenen Herausforderungen sinnvoll ist. Es wird eine Vorgehensweise für die Erstellung von Teilsystemen Digitaler Zwillinge von Brückenbauwerken auf Basis von Structural Health Monitoring und Ontologien vorgestellt.

Multi-channel casing (MC) shows promising results in controlling the performance of the radial turbines. It has neither movable parts nor complicated control mechanisms therefore it withstands higher thermal loads compared to the commonly used control systems such as the Variable Geometry Turbine (VGT). This advantage makes the MC applicable for a wider range of applications which is difficult to be covered with the common control systems. Replacing the traditional spiral casing with the MC affects the blade’s vibration behavior. First, a 3D unsteady computational fluid dynamic (CFD) simulation is performed to investigate the influence of using MC on the turbine flow field for both full and partial admission operation. Second, a forced response analysis is performed based on the CFD result to calculate the blade vibration amplitude at different resonance crossings. Finally, an MC is manufactured and tested experimentally to validate the numerical study. The results show that ignoring the casing replacement effect on the blade vibration during the MC design phase led to a high vibration amplitude and consequently causes high cycle fatigue.