Migrationsbasierte Lokalisierung von Schadensereignissen und Schäden in flächigen anisotropen Strukturen
Publication date
2011
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Ungethüm, Andy
Advisor
Lammering, Rolf
Referee
Gabbert, Ulrich
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2011-10-06
Organisational unit
DOI
Series or journal
Part of the university bibliography
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DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Schadenslokalisierung
Structural Health Monitoring
Lamb Wave
Abstract
Ausgehend von bekannten migrationsbasierten Lokalisierungstechniken wird in dieser Arbeit ein Verfahren entwickelt, welches sowohl für die Stoß- als auch Schadenslokalisierung in ebenen oder schwach gekrümmten, schalenförmigen Strukturen mit anisotropen Materialeigenschaften geeignet ist. Das passiv arbeitende Verfahren der Stoßlokalisierung beruht auf der von einem Stoß angeregten Ausbreitung von LAMB-Wellen. Die Umwandlung der daraus resultierenden Dehnungen in der Struktur in weiterverarbeitbare, elektrische Signal erfolgt durch ein Netzwerk von piezoelektrischen Sensoren. Die aus diesen Signalen durch Nutzung von Wavelet-Transformation und Kreuzkorrelation sehr präzise ermittelbaren Laufzeitdifferenzen der Wellen zu den einzelnen Sensoren bilden die Basis eines schlecht gestellten, nichtlinearen Gleichungssystems, dessen Lösung, die Koordinaten des Stoßpunktes, durch Umwandlung in ein Optimierungsproblem bestimmt wird. Für Strukturen mit anisotropem Materialverhalten ist die geometrische Form der sich ausbreitenden Wellenfronten, gewonnen sowohl experimentell durch scannende Laservibrometrie als auch analytisch auf Basis der klassischen Laminattheorie, als zusätzlicher Bestandteil des Gleichungssystems berücksichtigt. Auf gleicher Grundlage erfolgt durch Verwendung eines zusätzlichen piezoelektrischen Aktors die Erweiterung zu einem aktiven Verfahren zur Schadenslokalisierung. Für beide Verfahren zeigt die experimentelle Validierung sehr gute Ergebnisse, so dass der Einsatz klassischer Prüfmethoden auf Grundlage der erfolgten Lokalisierung lokal sehr begrenzt erfolgen kann.
Starting from known migration-based localization techniques a method is developed which is suitable for both the impact and damage localization in plane or slightly curved shell-like structures with anisotropic material properties. The method is based on the wave propagation after the impact. A piezo-electric sensor network captures the strains caused by the propagating wave. The evaluation and processing of the signals of at least four sensors allow for the calculation of the impact location from the runtime of the signals. In the case of non-isotropic material the shape of the wave front has to be taken into account for the structure under investigation. This shape can be captured experimentally by measurement and monitoring of the wave propagation by a laser vibrometer or analytically by calculating the shape using material properties based on classical laminate theory. On the same basis damage localization is possible using an additional piezoelectric actuator for wave excitation. The presented models are validated experimentally.
Version
Not applicable (or unknown)
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