Struct. Health Monitoring - Dipl.-Ing. R. Boukellif

Konzepte zur Überwachung von Ermüdungsrisswachstum in technischen Strukturen durch Lösung inverser Randwertprobleme

 

Zusammenfassung:

Die Lebensdauer technischer Strukturen wird in erheblichem Maße durch unterkritisches Risswachstum begrenzt, insbesondere zählt Ermüdungsbruch zu den häufigsten Schadensfällen. Wenn die Belastungssituation, Bauteilgeometrie, Materialeigenschaften etc. bekannt sind, kann die bruchmechanische Beanspruchungsanalyse numerisch mit der Methode der Finiten Elemente (FEM) erfolgen. In vielen Fällen sind diese Eingangsinformationen jedoch nicht bekannt, vor allem bei stochastischen Lastkollektiven, denen z.B. Bauwerke oder Luft- und Raumfahrtkonstruktionen ausgesetzt sind oder bei komplexen Strukturen und Anlagen. Im Rahmen dieses Projektes wird daher ein Sensorkonzept entwickelt und erprobt, das die Lokalisierung des Risspfades und die Messung von Schwingbreiten der bruchmechanischen Beanspruchungsgrößen an der Rissspitze (KI, KII) in platten- und schalenartigen Strukturen ermöglicht. Damit wäre ein wesentlicher Fortschritt zur Überwachung der Sicherheit technischer Anlagen und Konstruktionen erbracht.

Eine Möglichkeit zur Identifikation des Risspfades auf der Basis von Dehnungsmessungen ist die Bestimmung der Rissparameter (Länge, Position) mit Hilfe der BFM (body force method) und PSO (particle swarm optimization) Algorithmen. Die BFM basiert auf linearer Superposition von Greenschen Funktionen und wird zur Lösung des direkten Problems verwendet. Das inverse Problem wird durch den PSO Algorithmus gelöst, in dem eine Fitness Funktion minimiert wird. Diese Funktion ist definiert als die Summe der quadrierten Residuen zwischen den gemessenen und den berechneten Verzerrungen.

 

Poster

 

Lösung des inversen Problems mittels PSO
Servohydraulische 250 kN-Prüfmaschine / Flachzugprobe mit Anriss aus Al7075
Spannung von Mieses / Verzerrung E11