News: Virginia Tech: Stromunabhängiges Monitoring

16. Feb.2009 um 3:38 am | Veröffentlicht in 1, Brücken in den USA, Monitoring, Sanierung, Stahlbetonbrücken, Stahlbrücke, Wartung, Zerstörungsfreie Prüfung | Hinterlasse einen Kommentar
Schlagwörter: acoustic emission, Monitoring, NIST, Schallemission, structural integrity, Virginia Tech, Zerstörungsfreie Prüfung

Dan Inman Quelle: vt.edu

VirginiaTech (USA) 12.02.09

Ingenieure der Virginia Tech Universität forschen an energieunabhängigen Monitoringsystemen

Von Lynn Nystrom

BLACKSBURG, Virginia., 12. Februar  2009. Virginia Tech’s Zentrum für Intelligente Materialsysteme und Strukturen (CIMSS) hat mit der Physical Acoustics Corporation (PAC), aus Princeton Junction, New Jersey, zusammengearbeitet, um eine Familie neuer Technologien voranzubringen die ein dauerhaftes, energieunabhängiges Monitoring der konstruktiven Unversehrtheit (structural integrity) von US-Brücken ermöglicht.

Das Nationale Institut für Standards und Normung (NIST) hat dieses 14 Millionen Dollar Projekt gefördert, wovon die Virginia Tech etwa 2 Millionen erhalten hat. Die Bundesfernstraßenbehörde (der USA: FHWA) schätzt, dass mehr als 70000 Brücken in den USA konstruktiv mangelhaft sind. Gemäß NIST, werden jährlich etwa 10000 Brücken gebaut, ersetzt oder saniert, aber es bleibt dennoch dringend erforderlich, Systeme zu entwickeln, die ständig aktuelle Informationen als Daten liefern, die den Zustand (structural Health) der Konstruktionsdetails an den verbleibenden Brücken charakterisieren. Das vorgestellte System könnte die erforderlichen Daten liefern, um besser Prioritäten für die Reparatur setzen zu können und die Brückeneigner besser über extreme Vorkommnisse wie z.B. Kollisionen zu informieren.

Das von PAC und der Virginia Tech, zusammen mit zwei weiteren Forschungspartnern, den Universitäten von South Carolina und Miami, vorgestellte System umfasst eine innovative Methode zur „Ernte“  — oder  Absicherung– ihrer eigenen Energieversorgung aus Bewegungen und Vibrationen der Brücke mit Hilfe piezoelektrischer Materialien, die das Monitoringsystem von äußererr Energiezufuhr unabhängig machen,” sagte Dan Inman, der Direktor des CIMSS und George Goodson Professor für Maschinenbau im Virginia Tech’s College of Engineering.

Piezoelektrische Materialien sind in der Lage ein elektrisches Potential aufzubauen, wenn eine mechanische Spannung infolge der Vibration durch den Verkehr entsteht.

Nach Inman, wird das angebotene Messgerätepaket Schallemission zur Datenerfassung nutzen. Beim Entstehen eines Risses oder einer Fehlstelle in einer Brücke wird ein akustisches Signal ausgesandt. Die Sensoren werden diese akustischen Wellen erfassen und können so jegliche Veränderungen aufzeichnen.

Das System ist passiv und zerstörungsfrei. Die Forschungsthemen beziehen die beiden wichtigsten Brückentypen ein:  Stahl- und Betonbrücken.

Die vom Sensor erfassten Daten werden mit Hilfe eines kabelloser Systems übertragen, siewerden in Computermodelle fürdie Konstruktion und in Systeme zur Dateninterpretation eingegeben. Diese machen eine Abschätzung und Vorhersage für den Zustand der  Konstruktion auf der Basis kontinuierlich aktualisierter Daten. Durch integrierte Selbst-Check Mechanismen sind ständige Routineprüfungen der Sensoren unnötig.

Der Energiesicherungsmodul macht die Notwendigkeit kabelgestützter Energieversorgung für Hunderte von Sensorknotenpunkten bzw. die Abhängigkeit von Batterien, die regelmäßig ausgetauscht werden müssten, überflüssig. Dieser Aspekt reduziert den Aufwand für beides: die Installation und die Wartung des Monitoringsystems.

Die NIST-Förderung gehört zu den ersten Projekten des neuen Technologie-Innovations Programms der Behörden, ins Leben gerufen um innovative, mit hohem Forschungsrisiko behaftete, aber  hohen Rückfluss versprechende Forschung in Bereichen mit kritischem nationalen Bedarf  zu unterstützen. Das NIST hält das energiesichernde System im Monitoringsystem für das Element mit dem höchsten Forschungsrisiko, aber auch die Sensoren selbst, und die Dateninterpretation, die Schadensabschätzung, und Software für die Zusatandprognose.

Inman sagte dass, wenn “der Brückenbestand weiter so altert, so wird die Praxis der regelmäßigen Brückenüberwachung für Brückeneigner nicht mehr ausreichend sein, um informationsgestützte Entscheidungen für die Priorisierung von Sicherheit und Wartung treffen zu können.”

Eine Dauerüberwachung  des Brückenzustandes wird nun gebraucht.  “Dies ist die einzig mögliche Methode, um es dem Ingenieur zu ermöglichen, die betroffenen bedenklichen Bereiche von einem abseits der Brücke gelegenen Ort zu betrachten, so wie z.B. Verstärkungsmaßnahmen oder vorangegangene Reparaturen. Man kann die Dauerüberwachung auch  als vorbeugende Maßnahme gegen Terror oder Vandalismus nutzen ,” fügte Inman hinzu.

Inman, der gemeinsam mit seinen Studenten einen Prozess entwickelt hat, um Vibrationen mit Hilfe   „smarter“ Materialien zu dämfen oder zu „ernten“, aber als auch als Entwickler der sich selbstkontrollierenden Messgeräte auf Piezo-Keramischer Basis, erklärte, dass diese Arbeit am Ende ein Paket mit einem sich selbst versorgenden ferngesteuerten globalen Online System bilden wird. Es sei geplant, so sagten sie, das System Bridge Prognostic System zu nennen. Es soll in existierende Brückenmanagementsysteme integriert werden.

Verschiedenartige Sensoren werden Informationen liefern. “Der wichtigste Vorteil des Ansatzes der aktiven Messung ist es, dass große Bereiche effektive gescannt werden können und Risse aus der Distanz visualisiert werden können, auch wenn sie gerade nicht aktiv wachsen,” sagte Inman.

“Bei nicht lange zurückliegenden Brückeneinstürzen und der oftmals raktiven Brückenwartung ist es klar geworden, dass das gesellschftlich gewünschte Ziel nach Sicherheit und niedrigen Kosten für Infrastruktursysteme im Moment nicht erreicht wird,” ergänzte Inman.

Kontakt Lynn Nystrom at tansy@vt.edu .

Quelle: VT-Artikel auf Englisch

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