In dieser Arbeit werden Grundlagen für die Entwicklung eines so genannten Structural Health Monitoring (SHM) Systems erarbeitet. Hierzu werden notwendige Anforderungen an Sensorsysteme identifiziert und mögliche Entwicklungsstrategien aufgezeigt. Sensorsysteme für die strukturintegrierte Zustandsüberwachung ermöglichen bei Luftfahrtanwendungen eine Unterstützung der Wartung und führen so zu einer Reduzierung der Wartungskosten. Des Weiteren können durch engere Inspektionsintervalle neue Designphilosophien realisiert werden. Durch den Einsatz strukturintegrierter Sensorik kann außerdem bei älteren Flugzeugstrukturen eine Verlängerung der Lebensdauer bei konstant hohem Sicherheitsniveau erreicht werden. Im Auslegungsprozess von Flugzeugstrukturen werden die drei unterschiedlichen Konstruktionsphilosophien Safe-Life, Fail-Safe und Damage-Tolerant verfolgt, wobei letztere das größte Leichtbaupotential aufweist. Hierbei können Schäden bis zu einer bestimmten Größe in der Struktur auftreten, ohne die Bauteilsicherheit zu beeinträchtigen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Schäden, die für den Auslegungsprozess relevant sind, identifiziert und ihre Auswirkungen auf die Struktur untersucht. Ausgehend von den Ergebnissen dieser Untersuchung werden exemplarisch ein faseroptischer Ansatz zur lokalen Zustandsüberwachung und eine akustische Methode zur globalen Überwachung mittels Lamb-Wellen und Ultraschall vorgeschlagen.
This work provides general and specific requirements as well as strategies for the development of Structural Health Monitoring (SHM) technologies. Several facts are motivating aircraft manufacturers to develop structure-integrated damage sensor systems. One aspect is to support and reduce costs of conventional inspections. An integrated monitoring system could further allow for new design criteria to be implemented due to additional inspection potential. In the near future, an increasing number of aircraft will be operated in excess of their originally intended lifetime. The application of an integrated sensor system enables this life extension with consistent safety. The structural design of aircraft is based on three major design philosopbies, namely SafeLife, Fail-Safe and Damage-Tolerant. Most potential for lightweight design is shown by tbe Damage-Tolerant method where tbe structure must be tolerant against damages up to a certain size. In this work, damages which are critical for design issues are identified and evaluated and the influence on the structure is investigated. Resulting from these investigations a local strain based approach and the global damage detection using lamb waves and ultrasound are proposed for Structural Health Monitoring applications.
Beitrag zur Gestaltung von Sensorsystemen für die strukturintegrierte Zustandsüberwachung bei Luftfahrtanwendungen
2008
151 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Hochschulschrift
Deutsch