Structural Health Monitoring

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Entwicklung, Implementierung und Prüfung eines Monitoring Systems zur Online Überwachung von Strukturbauteilen in der Luftfahrt und dem automotiven Bereich

Speziell in der Luftfahrt hat sich in den letzten Jahren das Konzept des "Damage Tolerant Design" zur Reduktion des Gewichts und der damit verbundenen Schadstofffreisetzung, durchgesetzt. Darunter versteht man, dass ein gewissens Maß an Schädigung an einer Komponente zugelassen werden kann, ohne das diese repariert oder getauscht werden muss. Durch geeignete bauteilintegrierbare Überwachungs- und Diagnosesysteme (Structural Health Monitoring) lassen sich erhebliche volkswirtschaftliche Ressourcen an Energie und Material einsparen.

Derzeit gibt es international deutliche Anstrengungen "Structural Health Monitoring" Systeme zur Erfassung des Bauteilverhaltens zu entwickeln. Eine besondere Bedeutung kommt hierbei der online Erfassung von Belastungen (Dehnungen, Verformungen, Vibrationen, Beschleunigungen, u.a.) und Schädigungen (Risse, Delaminationen, u.a.) kritischer Komponenten speziell in räumlich sehr schwer zugänglichen Bereichen zu.

VORTEILE des SYSTEMS

Die online Erfassung des Bauteilverhaltens stellt einen enormen Vorteil zu derzeit gängigen offline Diagnose-, Inspektions- und Wartungsstrategien dar, da

• die Identifikation von Strukturdegradationen vollständig in Echtzeit erfolgt und
• die Wartung vereinfacht und individuell anpassbar wird.

Zusätzlich lässt die Verwendung von SHM Systemen ein Re-Design spezieller Komponenten zu, was zu einer weiteren Gewichtsreduktion des Gesamtsystems führen würde.

PROJEKTZIEL

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Konzeptes für ein Health Monitoring System zur online Erfassung des thermischen und mechanischen Verhaltens von Komponenten aus Verbundwerkstoffen für Anwendungen im Aerospace Bereich.

Zentralen Entwicklungsschritte in der Implementierung geeigneter Systeme:

• Auswahl geeigneter Sensorsysteme,
• deren Applikation (intern und extern) in ausgewählte kritische Komponenten sowie
• die Auswertung und Interpretation der Messgröße.

Dabei spielt auch die Materialforschung und -prüfung sowie die damit verbundene Ermittlung der Restlebensdauer eine wichtige Rolle. Der Bereich Materials Research verfügt über eine langjährige Kompetenz in der zerstörenden (Ermüdung, Bruchmechanik) und zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (Ultraschall, akustische Emission, Infraspektroskopie) und kann mittels geeigneter Spezialtesteinrichtungen die Zuverlässigkeit des Systems u. a. in einem Flugzeug nachprüfen.

Weiters erfolgt eine entscheidende Weiterentwicklung derzeit verfügbarer Sensorsysteme, wobei die gleichzeitige Erfassung von Temperatur und Dehnung (Kraft, Druck) und die damit verbundene tatsächliche Schädigungsevolution sowie die Miniaturisierung und Integration geeigneter Signalein- und Signalauskopplungsysteme im Vordergrund stehen.

ANWENDUNGEN:

Die ersten Anwendungen sind die Implementierung des Systems in Strukturbauteile für Flugzeuge der Firma FACC und kryogene Transferleitungen sowie Tanks der Firma Magna. Weitere Industriepartner sind EADS, Airbus und die ESA. Langfristiges Ziel ist es diese Technologie in die kommenden Flugzeuggenerationen einzubauen.

FORSCHUNGSTHEMEN

• Aufbau von Forschungskooperationen
• Erfassung geeigneter Sensor Systeme
• Weiterentwicklung derzeit verfügbarer Sensorsysteme
• Direkte Implementierung von Sensoren in CFRP oder GFRP Materialien oder Strukturen
• Test von Demonstratoren in Spezialtesteinrichtungen unter echten Arbeitsbedingungen