Titelaufnahme

Der konstruktive Leichtbau hat seit der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts stark an Bedeutung gewonnen. Einen Großteil des Einsatzgebietes macht dabei die Luftfahrt aus. Aber auch im klassischen Maschinenbau wird dieser für bewegte Teile vermehrt eingesetzt. Um die Ziele des konstruktiven Leichtbaus umsetzen zu können, sind die klassischen Methoden mit bewährten Sicherheitsfaktoren nicht anwendbar. Um die Anforderungen an eine leichte Konstruktion sowie die Erfüllung der geforderten Tragfähigkeit zu gewährleisten, werden oftmals dünnwandige Bauteile in Verbindung mit konstruktiven Elementen eingesetzt. Ein Beispiel dafür ist der Holm eines Tragflügels, welcher aus Gurten und dünnen Blechen, den Stegen, besteht. Für sicherheitsgerichtete Anwendungen ist es deshalb wichtig, dass diese Konstruktion stets den geforderten Belastungen während der gesamten Verwendungszeit stand hält. Um dies zu gewährleisten gibt es prinzipiell zwei Ansätze. Der erste Ansatz sieht eine vorbeugende Instandhaltung vor, sodass die kritischen Bauteile vor einem potenziellen Ausfall bereits ausgetauscht werden. Die zweite Möglichkeit ist eine permanente Überwachung der Struktur um somit stets Kenntnis über den Zustand der Struktur sowie deren Fähigkeit zum Widerstehen der aktuellen Belastung und den vorherrschenden Umwelteinflüssen zu haben. Dies wird als Structural Health Monitoring bezeichnet. Ein SHM-System überwacht also ständig die Struktur hinsichtlich einer Beschädigung und gibt dann Auskunft, ob diese den geforderten Belastungen noch stand hält. Für die Überwachung einer Struktur gibt es eine Reihe an Möglichkeiten, um diese hinsichtlich ihrer Unversehrtheit zu überwachen. Eine davon ist die Anwendung von geführten Wellen. Diese Wellen werden über Aktoren in die Struktur eingekoppelt und breiten sich anschließend entlang dieser aus. Mithilfe von Sensoren können diese Wellen wieder erfasst und ausgewertet werden. Trifft eine Welle auf einen Schaden in der Struktur, so verändern sich bestimmte Parameter dieser Welle und über diese Veränderungen soll ein Rückschluss auf den Schaden gezogen werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Mechanismen dieser geführten Wellen und in weiterer Folge mit ihren Eigenschaften zur Detektion und Bewertung eines Schadens. Dazu werden numerische Simulationen von ausgewählten Schadensbildern durchgeführt, welche im Anschluss, hinsichtlich zuvor festgelegter Kriterien, ausgewertet werden. Abschließend werden praktische Messungen an zuvor angefertigten Proben, mit festgelegten und definierten Fehlstellen, durchgeführt.

Since the second half of the last century, the meaning of lightweight design has raised significantly. The aviation is a well-known application of lightweight design. Another application is the usage for classical mechanical engineering, e. g. for moving parts or rotary machines. To achieve the goals of lightweight design, the classical methods of structural design, using proven safety factors, are not suitable. In consideration of these safety factors it would result in an overdesigned structure. In order to fulfill the requirements of lightweight design and to ensure the required load capacity, special thin-walled construction elements are often used. One example is the wing spar of an aircraft which consists of the upper and lower flange and a sheet, which is called web. For safety-oriented applications, therefore it is important that the construction is able to withstand the applied loads during the whole period of use. At least there are two possibilities to ensure the safety of structure. The first approach is the preventive maintenance, in which the components are replaced before a critical failure occurs. The second option is a permanent monitoring of the structure. In this case it is important to know the state of the structure, as well as the ability to withstand the current load and the prevailing environmental conditions. This is called Structural Health Monitoring. Thus, a SHM-system monitors the structure permanently to be able to detect, locate, qualify and quantify damages. Consequently, the system provides the information if the structure can withstand the required loads. To monitor a structure there are many different methods known. One of them is the application of guided waves. These waves are transmitted into the structure via coupled actuators. Hence these waves travels along the structure. Furthermore there are sensors, which are mounted on the structure to sense these waves. If the wave travels through a damage in the structure, the damage, e. g. a crack, interacts with the wave. Thus certain parameters of this wave changes and depending on the way how it has changed, it should be possible to detect and asses the damage. This thesis deals with the mechanisms of guided waves and subsequently with their applicability for the detection and assessment of damages. A numerical study of selected types of damages is carried out. After a discussion of the simulation results regarding a defined criteria specimens with preassigned failures are prepared for a measurement to validate the simulations.