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42 3 Entwicklung eines autonomen Überwachungskonzepts
3 Entwicklung eines autonomen Überwachungskonzepts
für isotrope und anisotrope Strukturen
bei veränderlichen Umgebungstemperaturen
Eine Vielzahl moderner Strukturen weist einen hohen Anteil an Faserverbundwerkstoffen auf,
um die Vorteile gegenüber klassischen Werkstoffen wie beispielsweise Stahl- oder
Aluminiumlegierungen auszunutzen [YE et al. 2005]. Im Wesentlichen handelt es sich dabei
um ein vorteilhaftes Verhältnis von Beanspruchbarkeit zu Gewicht, eine höhere
Korrosionsbeständigkeit, die Dämmung von Vibrationen sowie eine verbesserte thermische
Isolierung. Auf der anderen Seite besitzen diese Kompositstrukturen einige Nachteile, z.B. die
vergleichsweise hohen Kosten, ihre Anfälligkeit gegenüber Impaktschäden und die
Schwierigkeit, derartige Werkstoffe zu reparieren. In der Praxis werden
Faserverbundwerkstoffe meistens aus Glas- oder Kohlefasern gefertigt. Die Fasern sind dabei
häufig in eine Epoxyd-Matrix eingebettet und geben der Struktur gewisse Vorzugsrichtungen,
die gewinnbringend in der Strukturauslegung genutzt werden können. Demgegenüber
erschweren die anisotropen Materialeigenschaften die Strukturüberwachung mit
Ultraschallwellen, weil die Wellengeschwindigkeit nun zusätzlich zur Frequenz und der
Dicke des Werkstücks noch eine Funktion der Ausbreitungsrichtung ist, vergleiche Abschnitt
2.2. Damit auch moderne, aus Faserverbundwerkstoffen bestehende Strukturen mit
Lambwellen überwacht werden können, muss das anisotrope Materialverhalten bei der
Schadensdiagnose berücksichtigt werden.
Dieses Kapitel beginnt daher mit der Vorstellung eines Konzepts, mit dem neben isotropen
auch anisotrope Plattenstrukturen überwacht werden können. Im darauf folgenden Abschnitt
wird anschließend die hardwareseitige Implementierung dieses Überwachungskonzepts
erläutert. Damit Schäden auch bei veränderlichen Umgebungstemperaturen zuverlässig
detektiert werden können, ist es von besonderer Bedeutung, den Temperatureinfluss für die
Schadensdiagnose zu eliminieren. Deshalb widmet sich der dritte Abschnitt einer effizienten
Temperaturkompensationsstrategie und der Definition von geeigneten statistischen
Schwellwerten, ab der eine Struktur als geschädigt gilt. Im letzten Teil dieses Kapitels liegt
der Fokus auf drei Methoden, mit denen man Schäden in anisotropen Plattenstrukturen
lokalisieren kann.