SHM mit Acousto Ultraschall zur Schadensdetektion in ... CFK Rumpf NG SHM mit Acousto Ultraschall...

download SHM mit Acousto Ultraschall zur Schadensdetektion in ... CFK Rumpf NG SHM mit Acousto Ultraschall zur Schadensdetektion in komplexen Strukturen Wolfgang Hillger, Artur Szewieczek,

of 22

  • date post

    07-Feb-2018
  • Category

    Documents

  • view

    214
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of SHM mit Acousto Ultraschall zur Schadensdetektion in ... CFK Rumpf NG SHM mit Acousto Ultraschall...

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG

    SHM mit Acousto Ultraschall zur Schadensdetektion in komplexen Strukturen

    Wolfgang Hillger, Artur Szewieczek, Daniel Schmidt

    Abschlussworkshop CFK-Rumpf NG

    15.02.2011 Rilano Hotel Hamburg

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 2

    Inhalt

    1. Einleitung2. Kombination von US-Technik mit SHM 3. Ergebnisse4. Zusammenfassung5. Ausblick

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 3

    Lamb- Wellen knnen ber applizierte Piezo- elemente gesendet und wieder empfangen werden Sie breiten sich ber groe Bereiche aus Interaktion mit Fehlstellen Kein zeitaufwendiges Abrastern erforderlich Prfung komplexer Bauteile mglichJedoch:

    Zu jeder Frequenz gibt es mindestens zwei Wellenmoden Jeder Mode ist dispersiv

    Die Interaktion zwischen Lamb-Wellen und Schden ist komplex und schwer vorauszusagen

    Die Auswertung der komplexen Empfangssignale erfordert ein groes Potential an Forschung und Entwicklung

    CFK-Bauteil mit applizierten Piezo- Elementen zur Anregung und zum Empfang von Lamb-Wellen

    Structural Health Monitoring (SHM) mit Lamb- Wellen

    Ein PZT dient als Aktuator und sendet Lamb-Wellen, die mit benachbarten Sensoren empfangen werden

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 4

    Aktives SHM-System

    Definition der Prfaufgabe

    Auswahl von Sensoren/Aktuatoren

    Applikation an/in das Bauteil

    Sensoranordnung (wo, wie viele)

    Haltbarkeit der Sensoren/Ankopplung

    Auswahl von Wellenmoden

    Anregung

    Empfnger Hardware

    Signalverarbeitung

    Temperaturkompensation

    Analyse

    Prognose

    Systemdiagnose

    Integration in das Boardsystem

    Reparaturkonzept

    Recycling

    Sensor- Network

    Black Box

    Quelle: Airbus Bremen

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 5

    Ultrasonic System USPC 5000 for Lamb-Wave Testing

    Both Guided Waves (Lamb-waves) and ultrasonic imaging techniques

    8 transmitters and 8 receivers generate 64 cycles

    The data logger provides automatic on-line testing

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 6

    Volume- data

    Animations

    Signal Analysis

    Imaging

    Phased Array

    Echo Technique

    SHM Signal-processing

    Kombination von bildgebender US-Technik und SHM

    Air-coupledultrasonics

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 7

    Aufnahme eines Lamb-Wellen Volumendatensatzes

    Anregung mit einem applizierten PZT

    Manderfrmiges Abrastern (Raster typisch 2x2 mm)

    Aufnahme des Lamb- Wellensignals an jedem RasterpunktWasser oder Luft als Koppelmittel

    Volumendatensatz (x-y-t) Gre typisch 2-40 Gbyte

    Scan-Dauer fr 600*800 mm: ca. 30 bis 40 min.

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 8

    Auswertung der Volumendatenstze

    Der Volumendatensatz enthlt die komplette Information des Wellenfeldes. Hieraus lassen sich berechnen:

    A-Bilder B-Bilder C-Bilder D-Bilder

    Video-Animationen

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 9

    Testkrper: Stringerversteiftes CFK-Panel85

    0

    605

    180

    34

    33172,

    2

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 10

    Ultraschallprftechnik: C-Bilder des CFK-Panels

    Zwischenecho Rckwandecho

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 11

    Lamb-Wellen B-Bilder

    Intakter Stringer

    Partiell abgelster Stringer

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 12

    Ergebnis: Detektion von Stringerablsungen

    Beschreibung Schallweg Lamb-Wellen A-Bild Pegel

    Schallweg ber einen abgelsten Stringer

    Schallweg ber einen intakten Stringer

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 13

    Weiteres Ergebnis: Patentanmeldung Virtuelle SensorenIdee: Die einzelnen Messpunkte des Wellenfeldes lassen sich zu virtuellen Sensoren zusammenfassen und das Empfangssignal berechnen.

    Optimierung von Sensorgeometrien und Positionierung

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 14

    DFG-Projekt

    Titel:Integrierte Bauteilberwachung in Faserverbunden durch Analyse von Lambwellen nach deren gezielter Anregung durch piezokeramische Flchenaktuatoren

    Partner:Helmut-Schmidt Universitt / Universitt der Bundeswehr Hamburg (HSU)Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg (OvGU)

    DLR-Part: Monomodale Sensoren und Aktuatoren

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 15

    EU-Projekt AISHA II

    Full-scale test of the EC 135 tail boom

    Detection of >5Joule impacts using Lamb waves

    Selection of Lamb wave modes for impact detection

    Signal processing and evaluation

    Complementary ultrasonic imaging technique

    Assembly1 mm skin15 mm Nomex honeycomb0.5 mm skinAdditional mash for lightning protection

    Length: 3.49 mWidth: 0.57m

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 16

    Snap-Shots without and with 10J-Impact

    Before impacting

    After impacting with 10J

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 17

    Modenkonversion im Tailboom

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 18

    Concept for Tail Boom Lamb Wave Inspection System

    Inspection of the honeycomb part

    Three actuators at the edges and at the core separation

    Long-range propagation of S-mode

    64 air-coupled sensors sensitive for A-mode

    One multiplexer for actuators

    8 Arrays each with 8 sensors and 8:1 multiplexers with LNAs

    One additional array multiplexer

    Only one VGA-cable to the interface box

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 19

    4. Zusammenfassung

    SHM mit Lamb-Wellen:

    Automatisches globales Inspektionssystem mit gefhrten Wellen

    Piezoelektrische Elemente permanent mit der Struktur verbunden

    Jedoch bei einer Frequenz mehrere, dispersive Wellenmoden

    Komplexe Interaktion an Fehlsten

    Modenkonversion auch an Sensoren

    Ergebnisse:

    Die Visualisierungen der Lamb-Wellenausbreitung kann erfolgreich mit bildgebender Ultraschallprftechnik durchgefhrt werden.

    Stringerablsungen lassen sich mit LW detektieren

    Patentanmeldung: Virtuellen Sensoren zur Systemoptimierung

    Monomodale Aktuatoren und Sensoren

    Schadensdetektion durch Modenkonversionen

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 20

    Ausblick

    Demonstrator fr Fehlstellendetektion mit Modenkonversion

    MRO-Antrag NDT/SHM Hamburg: Berhrungslose US-Technik mit Lamb-Wellen und SHM System

    ZLP-Augsburg geplanter Projektantrag LuFo IV: Produktionsintegrierte zerstrungsfreie Prfung fr die automatisierte CFK-Fertigung

    EU-Antrag Saristu

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 21

    ForschungsteamSignalverarbeitungArtur SzewieczekTel.: 0531/295-3274Artur.Szewieczek@dlr.de

    Monomodale AktuatorenDaniel SchmidtTel.: 0531/295-2356Daniel.Schmidt@dlr.de

    UltraschallprftechnikBernd FriederichsTel.: 0531/295-2367Bernd.Friederichs@dlr.de

    mailto:Artur.Szewieczek@dlr.demailto:Daniel.Schmidt@dlr.demailto:Bernd.Friederichs@dlr.de

  • Leitprojekt CFK Rumpf NG 22

    Vielen Dank fr Ihre Aufmerksamkeit

    SHM mit Acousto Ultraschall zur Schadensdetektion in komplexen Strukturen Wolfgang Hillger, Artur Szewieczek, Daniel Schmidt Abschlussworkshop CFK-Rumpf NG15.02.2011 Rilano Hotel HamburgInhalt Aktives SHM-SystemUltrasonic System USPC 5000 for Lamb-Wave TestingFoliennummer 6Aufnahme eines Lamb-Wellen VolumendatensatzesAuswertung der VolumendatenstzeTestkrper: Stringerversteiftes CFK-PanelUltraschallprftechnik: C-Bilder des CFK-PanelsLamb-Wellen B-BilderErgebnis: Detektion von StringerablsungenWeiteres Ergebnis: Patentanmeldung Virtuelle SensorenDFG-ProjektEU-Projekt AISHA IISnap-Shots without and with 10J-ImpactModenkonversion im TailboomConcept for Tail Boom Lamb Wave Inspection System4. Zusammenfassung AusblickForschungsteamFoliennummer 22