Großskalige, hybride Modelle zur Schadenserkennung in beliebig geformten Betontragwerken
Im Teilprojekt TUM2 sollen die Coda-Wellen-Signale dafür verwendet werden, direkt die Degradation des makroskopischen Tragwerksmodells zu identifizieren und über längere Zeiträume zu verfolgen.
Projektbeschreibung
Das Gesamtziel des Projektes könnte als die Entwicklung einer dauerhaften, robusten, zerstörungsfreien Überwachungstechnik beschrieben werden. Diese soll in der Lage sein, Schäden in Beton zu erkennen. Der Ansatz dieses Teilprojekts TUM2 ist die Verwendung eines digitalen Zwillings auf einer Strukturskala, der neben den gemessenen Coda-Daten auch alle anderen Messdaten (z.B. Dehnungsmessstreifen, Verschiebungssensoren, Temperatursensoren) sowie die berechneten Sensitivitäten der Struktur und des Coda-Signals enthält. Am Ende soll der entwickelte digitale Zwilling an realen Bauwerken (Gänstorbrücke und eine U-Bahn Station in München) angewendet und demonstriert werden. Eine Aufschlüsselung dieser Idee führt zu vier Hauptzielen dieses Teilprojekts:
- Untersuchung der Einflüsse komplizierter Geometrien auf die Coda-Messungen
- Weiterentwicklung der Schadenslokalisierungstechniken für eine robuste Anwendung in der Praxis
- Ermittlung von Schwellenwerten für die Schadenserkennung in der Praxis.
- Entwicklung eines digitalen Zwillings, der alle gemessenen Daten eines Bauwerks verwendet, um die Parameter des Strukturmodells zu quantifizieren. Der digitale Zwilling sollte dann auch dazu verwendet werden, strukturmechanische Effekte auf das Coda-Signal zu untersuchen.
Bisherige Ergebnisse
Das Projekt wendet Ansätze an, um aus der Beobachtung großskaliger Information auf lokale Degradierung (aus dieser Sicht nicht mehr als örtlich eingegrenzte aber nicht näher bestimmte Schädigungszonen) zu schließen. Die folgenden Forschungsergebnisse wurden bereits erzielt:
- Entwicklung einer Finite Elemente (FE) -basierten Methode zur Schadenslokalisierung mit Coda-Wellen
- Verwendung von unstrukturierten Netzen, die eine Modellierung beliebiger Geometrien ermöglichen
- Verbesserung des etablierten Lösungsalgorithmus für das Coda-Schadenslokalisierungsproblem durch die Einbettung von zwei fortschrittlichen Lösungsalgorithmen in den Coda-Workflow
- Erfolgreiche Anwendung der neuen FE-basierten Methodik in einem realen Experiment (siehe Abbildung). Die verwendete Frequenz von 60 kHz stellt ein Novum bei der sensitivitätsbasierten Schadenslokalisierung mit Coda-Wellen dar. Sie erweitert den Bereich der nutzbaren Frequenzen auf einen niedrigeren Frequenzbereich, der für eine Anwendung in großen Strukturen besser geeignet ist. Die Anwendung im realen Experiment zeigte sehr gute Ergebnisse, da mehrere nahe beieinander liegende Risse erfolgreich erkannt und unterschieden werden konnten.
Unten: Ergebnisse aus dem realen Experiment. Die Spitzen in der faseroptischen Dehnungsmessung zeigen die Position der Risse an.