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Titelaufnahme

Titel
Sichtbarkeit der Kontaktnichtlinearitäten von ebenen Rissen in vibrationsbasierten SHM Methoden / eingereicht von Bernhard Mayr, BSc
AutorInnenMayr, Bernhard
Betreuer / BetreuerinSchagerl, Martin
ErschienenLinz, 2019
Umfangix, 133 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Masterarbeit, 2019
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Schwingungen / SHM / Nichtlinearitäten / Subharmonische / Periodenverdopplungen / Risse / Delaminationen
Schlagwörter (EN)oscillations / SHM / nonliearities / subharmonics / period doublings / cracks / delaminations
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-26660 Persistent Identifier (URN)
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Sichtbarkeit der Kontaktnichtlinearitäten von ebenen Rissen in vibrationsbasierten SHM Methoden [7.49 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Auftreten von nichtlinearen Effekten in der Schwingungsantwort von Leichtbaustrukturen zufolge von Rissen oder Delaminationen sowie der Möglichkeit das Auftreten dieser nichtlinearen Effekte im Rahmen einer Structural Health Monitoring (SHM) Methode zu nutzen. Es wird also untersucht ob und und wenn ja, in welchem Parameterbereich durch das Vorhandensein von Rissen, Delaminationen in mehrschichtigen Verbundwerkstoffen oder Deckschichtablösungen in Sandwichverbundwerkstoffen, in einer mechanischen Struktur nichtlineare Effekte wie Periodenverdopplungen, Höherharmonische oder von den Anfangsbedingungen abhängige Schwingungsantworten auftreten. Die Höherharmonischen werden im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht rechnerisch untersucht, sondern lediglich im experimentellen Teil betrachtet. Im ersten Teil der Arbeit werden diese Fragen mithilfe semianalytischer Berechnungen untersucht. Bei den semianalytischen Untersuchungen werden zuerst die nichtlinearen Effekte in einem stückweise linearen Einmassenschwinger nach Holmes [1] erörtert. Anschließend wird ein analytischer Berechnungsansatz für einen einfach gelagerten zweidimensionalen Balken auf einer nichtlinearen Bettung entwickelt, dessen modale Gleichungen die gleiche Form wie die Gleichung des stückweise linearen Einmassenschwingers haben. Sowohl für den gebetteten Balken, als auch für die im nächsten Schritt untersuchten, in ihren Ruhelagen parallel aufeinanderliegenden, einfach gelagerten Balken werden umfangreiche Parameterstudien durchgeführt. Bei diesen werden neben dem Steifigkeitsverhältnis und dem Abstand zwischen den Balken bzw. zwischen Balken und Bettung auch die Dämpfung und die Anregekraft variiert. Als nächster Schritt wird die grundsätzliche Herangehensweise für die analytische Betrachtung des im folgenden experimentellen Teil untersuchten Balken mit einem der Länge nach verlaufenden Riss, erläutert. Im zweiten Teil der Arbeit wird, mit dem Ziel die Ergebnisse der semianalytischen Untersuchungen experimentell zu bestätigen, eine Messreihe zur Erfassung des Übertragungsverhaltens für verschiedene Risshöhen in einem frei schwingenden Balken mit Längsriss durchgeführt.

Zusammenfassung (Englisch)

The present thesis deals with the appearance of nonlinear effects in the frequency response of lightweight structures with sub-surface cracks or delaminations and the possibilities of using the appearance of said nonlinearities to monitor the condition of the structure by a Structural Health Monitoring (SHM) method. It is observed if and if yes, for which parameters the presence of damages causes nonlinear effects like period doublings, higher harmonics and frequency responses which are dependet of the initial values. The higher harmonics are only observed in the experimental part, not in the calculations. In the first part of this thesis, these questions are examined by use of semianalytical calculations. For the semianalytical observations, first a piecewise linear single degree of freedom oscillator as described by Holmes [1] is examined, and the occuring nonlinear effects are discussed. Then, an analytical model for a simply supported two dimensional beam on a nonlinear foundation is developed. The equations of the single modes of this analytical model have the same form as the equation of the piecewise linear single degree of freedom oscillator. The next step is, to observe the response of two parallel simply supported beams. For both, the beam on foundation and the parallel beams extensive parameter studies are made. The parameter studies include variation of the stiffness ratio and the offset between the two beams and between the beam and the foundation. Furthermore the excitation force and the damping factor are varied. In the next step an approach for a more realistic analytical model, a beam with rectangular cross-section and a lengthwise orientated, flat sub-surface crack, is described but further observations are relinquished. In the second part of this thesis, experimental observations with the objective to confirm the semianalytical calculations are made. In the experimental part, the frequency response of a free hanging beam with rectangular cross-section and a lengthwise orientated, flat sub-surface crack is measured for different crack free openings.

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