Poster

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Monitoring failure of composite pressure vessels with acoustic emissions
E. Kästle, E. Duffner, BAM, Berlin

Several studies have shown that acoustic emissions can be used to characterize failure mechanisms in composite materials. We conduct experiments with carbon fiber overwrapped pressure vessels that are pressurized until bursting to understand how the results from these previous works can be adapted from specimen size to the more complex case of a full vessel. Of particular interest is the distinction of critical damage (fiber breaks) to non-critical damage types. The two pressure vessels manufactured with varying production parameters show a very different failure pattern, dominated on the one hand by the cross-ply failure and on the other hand by failure in the circumferential layers. We compare these expected failure processes to the signal locations and different signal characteristics. We show that, in contrast to previous works, the relation between amplitude, frequency content or duration of the signal and the damage mechanism is not straightforward. These results can thus help to improve our understanding of the factors influencing a successful signal distinction in a full-scale experiment.

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Reliable integrated ultrasonic microsystems for SHM in CFRP airplane structures
G. Lautenschläger, S. Münch, M. Röllig, F. Schubert, L. Schubert, Fraunhofer IKTS, Dresden

Die moderne, massearme und energieeffiziente Bauweise von Flugzeugen erfordert den Einsatz moderner, hochfester, massearmer und anpassbarer Werkstoffe. Diese Eigenschaften bieten kohlefaserverstärkte Kunststoffe (sog. CFK). Zur Früherkennung von Schädigungen in diesen Strukturen und damit zur Steigerung der Systemsicherheit werden Strukturüberwachungstechniken (sog. SHM-Techniken/ Structural Health Monitoring) eingesetzt. Eine vielversprechende Methode ist das Acousto Ultrasound Verfahren. Dazu werden Sensorknoten bestehend aus Ultraschallwandler und Auswerteelektronik netzförmig auf den kritischen Strukturbereichen appliziert. Der Stand der Technik ist eine nachträgliche Applikation des Sensorsystems nachdem die Strukturteile hergestellt wurden.
Der derzeit bearbeitete Ansatz bildet die Sensorintegration als eingebetteten Sensorknoten in das CFK-Bauteil. Die Sensorik wird gemeinsam mit den CFK-Gelegen des Flugzeugbauteils prozessiert. Resultierend liegt ein Bauteil mit eingebetteter Sensorik und Elektronik vor. Um eine langzeitstabile Überwachung der Flugzeugstruktur zu gewährleisten, stehen der Elektronik und Sensorik höchste Anforderungen an die Zuverlässigkeit gegenüber.

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Entwicklung eines autonomen Schallemission-Sensorknotens für das Zustandsmonitoring von stehenden Bäumen (TreeMon)
F. Schubert, F. Duckhorn, M. Kühmstedt, R. Schmidt, M. Reinhold, M. Barth, C. Tschöpe, Fraunhofer IKTS, Dresden

In stehenden Bäumen sind unterschiedliche mikroakustische Schallemissionen im hörbaren und Ultraschall-Bereich nachweisbar. Schallquellen sind insbesondere Faserbrüche durch thermomechanische Lasten (Wind, Eisbedeckung, etc.), Zusammenbrüche der wasserleitenden Kapillaren bei Trockenstress, Saftstromgeräusche und Fraßgeräusche von Tieren (Käfer und Mäuse).
Die Schallereignisse lassen sich mit am Baumstamm befestigten Kontaktmikrofonen detektieren und zum Langzeitmonitoring des Baumzustandes nutzen. Dazu soll in einem vom BMBF geförderten Forschungsprojekt ein autonomer kabelloser Sensorknoten entwickelt werden. Aus der KI-gestützten Datenanalyse sollen Rückschlüsse auf die Vitalität des Baumes gezogen werden. Die Hauptziele bestehen darin,   

• wesentliche Schäden und Krankheiten, welche die Verkehrssicherheit im urbanen Bereich beeinträchtigen können, frühzeitig zu erfassen und zu klassifizieren,
• rechtzeitige Maßnahmen vorzuschlagen, die das Absterben bzw. die Schädigung von Bäumen verhindern sowie stabilere und bessere Erträge im Obstbau zulassen,
• die Wirksamkeit von langfristigen Maßnahmen in der Forstwirtschaft (z.B. Anbau von Mischwäldern oder nicht-endemischen Baumarten) zu überprüfen und dies als Grundlage für deren Anpassung und Änderung zu verwenden.

Im Beitrag werden das Gesamtprojekt und vielversprechende Ergebnisse des ersten Projektjahres vorgestellt.