Projektbeschreibung
Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Qualifizierung eines statistisch abgesicherten Verfahrens zur Vorspannkraftüberwachung von Schrauben auf Grundlage elektromechanischer Impedanzspektren. Die Betriebssicherheit hochfester Schraubenverbindungen hängt entscheidend von einer ausreichenden Vorspannkraft ab, deren Verlust durch Lockern, Kriechen oder Losdrehen im Betrieb schwerwiegende Schäden verursachen kann. Durch ein kostengünstiges und dauerhaft einsetzbares Verfahren im Rahmen des Structural Health Monitorings (SHM) soll die Schraubenkraft kontinuierlich überwacht und so eine frühzeitige Erkennung von Anomalien oder Schäden ermöglicht werden.
Schwerpunkte des Projekts
Entwicklung und Qualifizierung einer Methode zur Vorspannkraftüberwachung an Schrauben auf der Grundlage elektromechanischer Impedanzspektren / Guided Waves.
Das Verfahren muss in der Lage sein:
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Schraubenkräfte unter Berücksichtigung der „true positive rate“ eines binären Klassifikators sicher zu erkennen (statistische Signifikanz) (Priorität 1), auch bei
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variierenden Umgebungsbedingungen (Temperatur) (Priorität 1) und dabei
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die Sensoren / Aktoren eigenständig zu überwachen (Priorität 2).
Alles auf einen Blick
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Laufzeit
01.10.2019 - 30.09.2021 (beendet) -
Forschungsbereich
Structural Health Monitoring, Schadensdetektion, Schrauben, elektromechanische Impedanzen -
Finanzierung
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK): 199.968€ -
Projektpartner
Institut für Mechanik und Regelungstechnik - Mechatronik
Arbeitsgruppe Technische Mechanik
Forschungsmethoden & Vorgehen
FE-Voruntersuchungen
Modellaufbau und Auswahl geeigneter Piezosensoren.
Kalibrierung der Vorspannkraftmessung
- Herstellung der Probekörper, Bestückung der Schrauben mit DMS
- Durchführung / Auswertung der Kalibrierungeversuche
- Durchführung / Auswertung der Kalibrierungeversuche
Experimentelle Versuche
- Temperatur- und Vorspannkraftversuche (4 Konstellationen, 20°C)
- Temperatur- und Vorspannkraftversuche (4 Konstellationen, 30°C - 70°C)
- Temperatur- und Vorspannkraftversuche (2 Konstellationen Schaden, 20°C)
- Temperatur- und Vorspannkraftversuche (2 Kons. Schaden, 30°C - 70°C)
Temperaturkompensation
- analytische Kompensation im Zeitbereich
- empirische Kompensation im Frequenzbereich
Versuchsauswertung Vorspannung und Temperatureinfluss
- Temperatur- und Vorspannkraftversuche (4 Konstellationen, 20°C)
- Temperatur- und Vorspannkraftversuche (4 Konstellationen, 30°C - 70°C)
Überwachung der Messkette
- Ausarbeitung eines Konzeptes zur Messkettenüberwachung
- Auswertung Versuche (2 Konstellationen Schaden, 20°C)
- Auswertung Versuche (2 Konstellationen Schaden, 30°C - 70°C)
FE-Untersuchungen
- Kalibrierung des FE-Modells
- Durchführung von Parameterstudien
Leitfaden
- Grundlagen zur Schraubenkraftmessung
- Durchführung von EMI-Messungen
- Auswertung von EMI-Messungen
