TY - CONF A1 - Munzke, Dorit A1 - Becker, Ben A1 - Schukar, Macus T1 - Zustandsüberwachung von Composite-Druckgefäßen mit faseroptischer Sensorik N2 - Funktionsweise, Integration und Messergebnisse von opt. Fasern zur Zustandsüberwachung von Composite-Druckgefäßen. T2 - 3. Workshop Themenfeld Material CY - Berlin, Germany DA - 12.10.2016 KW - Faseroptik KW - Zustandsüberwachung KW - Composite-Druckgefäße PY - 2016 AN - OPUS4-39097 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Casperson, Ralf A1 - Pohl, Rainer A1 - Munzke, Dorit A1 - Becker, Ben A1 - Pelkner, Matthias T1 - Eddy current testing of composite pressure vessels N2 - The use of composite pressure vessels instead of conventional vessels made of steel or aluminum grew strongly over the last decade. The reason for this trend is the tremendous weight saving in case of composite vessels. However, the long-time behavior is not fully understood for filling and discharging cycles and creep strength and their influence on the CFRP coating (carbon fiber reinforced plastics) and the internal liner (steel, aluminum, or plastics). The CFRP ensures the pressure resistance while the inner liner is used as container for liquid or gas. To overcome the missing knowledge of ageing BAM started an internal project to investigate degradation of these material systems. Therefore, applicable testing methods like eddy current testing are needed. Normally, high-frequency eddy current testing (HF-ET, f > 10 MHz) is deployed for CFRP due to its low conductivity of the fiber, which is in the order of 0.01 MS/s, and the capacitive coupling between the fibers. Nevertheless, in some cases conventional ET can be applied. We show a concise summary of studies on the application of conventional ET of composite pressure vessels. T2 - QNDE 2017 CY - Provo, Utah, USA DA - 16.07.2017 KW - Eddy current KW - Composite KW - Pressure vessel PY - 2018 SN - 978-0-7354-1644-4 U6 - https://doi.org/10.1063/1.5031622 SN - 0094-243X VL - 1949 SP - UNSP 160004, 1 EP - 8 AN - OPUS4-45051 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Munzke, Dorit A1 - Kraus, David A1 - Eisermann, René A1 - Kübler, Stefan A1 - Schukar, Marcus A1 - Nagel, Lukas A1 - Hickmann, Stefan A1 - Trappe, Volker T1 - Distributed fiber-optic strain sensing with millimeter spatial resolution for the structural health monitoring of multiaxial loaded GFRP tube specimens N2 - Due to their high strength-to-weight ratio and excellent fatigue resistance, glass fiber reinforced polymers (GFRP) are used as a construction material in a variety of applications including composite high-pressure gas storage vessels. Thus, an early damage detection of the composite material is of great importance. Material degradation can be determined via measuring the distributed strain profile of the GFRP structures. In this article, swept wavelength interferometry based distributed strain sensing (DSS) was applied for structural health monitoring of internal pressure loaded GFRP tube specimens. Measured strain profiles were compared to theoretical calculation considering Classical Lamination Theory. Reliable strain measurements with millimeter resolution were executed even at elongations of up to 3% in the radial direction caused by high internal pressure load. Material fatigue was localized by damaged-induced strain changes during operation, and detected already at 40% of burst pressure. KW - GFRP KW - Swept wavelength interferometry KW - Distributed fiber optic sensing KW - Material degradation KW - Structural health monitoring PY - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2019.106085 SN - 0142-9418 VL - 80 SP - 106085 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-48950 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Casperson, Ralf A1 - Munzke, Dorit A1 - Pohl, Rainer T1 - Wirbelstromprüfung an Composite-Druckgefäßen N2 - Composite-Druckgefäße für den Gefahrguttransport sowie für Wasserstoff- und Erdgasfahrzeuge bestehen aus einem lasttragenden Composite und einer gasdichten, metallischen oder polymeren Barriereschicht (Liner). Zur Untersuchung des Alterungsverhaltens solcher Composite-Druckgefäße wird in der BAM das interdisziplinäre Themenfeldprojekt COD-AGE durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung und Bestimmung des Alterungsverhaltens von Carbonfaser-Compositen (CFK) am Beispiel von Druckgefäßen, um eine bessere Vorhersage der Alterung und der sicheren Gebrauchsdauer zu ermöglichen. Ein Schwerpunkt in diesem Projekt ist die Bereitstellung geeigneter ZfP-Methoden. Dabei geht es sowohl um versuchsbegleitende Prüfungen, als auch um die mögliche Entwicklung von Prüfeinrichtungen für den späteren praktischen Gebrauch. In diesem Vortrag werden Prüfsysteme und Prüfergebnisse der „konventionellen“ Wirbelstromprüfung vorgestellt. In einem ersten Schritt wurden Versuche an bereits geschädigten Druckgefäßen durchgeführt. Dabei wurden Druckgefäße mit den Materialpaarungen Stahl-CFK, Aluminium-CFK und Kunststoff-CFK untersucht. Die Dicken der CFK-Schichten reichten hierbei von ca. 4 mm bis ca. 8 mm. Anfangs wurden die Gefäße mit verschiedenen Sensoren von außen geprüft. Es konnten sowohl Beschädigungen des metallischen Liners, als auch Strukturen des CFK-Geflechts nachgewiesen werden. In einem zweiten Schritt wurden die Gefäße von innen geprüft. Hierbei bestand die besondere Herausforderung in der Prüfung eines Zylinders von 150 mm Durchmesser durch einen Zugang von nur 15 mm Durchmesser. Mit den bei diesen Vorversuchen optimierten Prüfsystemen wurden dann begleitende Prüfungen bei Alterungsversuchen durchgeführt. In den Alterungsversuchen wurden Druckbehälter mit einem ca. 4 mm dicken Aluminiumliner und ca. 3,5 mm dicker CFK-Ummantelung untersucht. Typisches Einsatzgebiet solcher Flaschen sind Atemschutzgeräte bei der Feuerwehr. Die verschiedenen Prüfsysteme und die mit ihnen erzielten Ergebnisse werden vorgestellt. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2017 CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - Composite-Druckgefäß KW - Wirbelstromprüfung KW - CFK PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-403577 SN - 978-3-940283-85-6 VL - 162 SP - 1 EP - 9 PB - DGZfP e.V. AN - OPUS4-40357 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eisermann, René A1 - Schukar, Marcus A1 - Nagel, Lukas A1 - Hickmann, Stefan A1 - Munzke, Dorit A1 - Trappe, Volker T1 - Characterising the material degradation of inner pressure-loaded GFRP-tube specimens using distributed strain sensing N2 - Glass-fibre-reinforced plastics (GFRP) are commonly used for the construction of pressure vessels and tanks for example in automotive and aerospace industries. Especially for pressure vessels used for the storage of natural gas or hydrogen with operation pressures up to 700 bar, an early material fatigue detection is of great interest. Measuring the distributed strain profile of GFRP structures helps to understand and detect material fatigue. In this article, we demonstrate the great potential of swept wavelength interferometry (SWI) based distributed strain sensing for the monitoring of pressure vessels made from GFRP. A resin transfer molding (RTM) process was used to manufacture GFRP-tube specimens. Commercial optical fibres with polyimid coating were glued to the surface externally in circumferential and axial direction. A cyclic load of up to 150 bar was applied to the samples using a servo-hydraulic test bench. Comparing the loaded and unloaded test conditions, we determined up to 2 % elongation in circumferential direction. We demonstrate reliable distributed strain measurements with sub-centimetre spatial resolution. By monitoring these high-resolution strain profiles, we were able to detect local material degradation that manifested itself as localized strain changes. Crucially, the material Degradation could be detected already after 75 % of dat the fatigue life before a crack appeared that led to leakage. T2 - Sensoren und Messsysteme - 19. ITG/GMA-Fachtagung CY - Nürnberg, Germany DA - 26.06.2018 KW - Distributed fibre optic sensors KW - Optical backscatter reflectometry KW - Swept wavelength interferometry (SWI) KW - Structural health monitoring (SHM) KW - Composite structures KW - Optical fibre PY - 2018 UR - https://ieeexplore.ieee.org/document/8436172/ SN - 978-3-8007-4683-5 SP - 239 EP - 242 PB - VDE VERLAG GMBH CY - Berlin AN - OPUS4-45887 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pelkner, Matthias A1 - Casperson, Ralf A1 - Pohl, Rainer A1 - Munzke, Dorit A1 - Becker, Ben T1 - Eddy current testing of composite pressure vessels N2 - The application of composite pressure vessels is of great interest due to tremendous weight saving. Nevertheless, ageing of CFRP (carbon fiber reinforced plastic) composites pressure vessels underlies complex interactions between metallic liner and composite and is not fully understood yet. One main challenge is the application of appropriate testing methods for detecting the influences of pressure cycles and creep behavior on the material. This contribution presents results achieved by using conventional eddy current testing (ET) and high frequency ET. Here, we could show that also conventional ET with low frequencies are useable to investigate pressure vessels of different material combinations like aluminum-CFRP and synthetics-CFRP. KW - CFRP KW - Eddy current KW - Ageing KW - Composite PY - 2019 U6 - https://doi.org/10.3233/JAE-171044 VL - 59 IS - 4 SP - 1221 EP - 1226 PB - IOP Publ. Ltd. AN - OPUS4-47803 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Munzke, Dorit A1 - Duffner, Eric A1 - Eisermann, René A1 - Schukar, Marcus A1 - Schoppa, André A1 - Szczepaniak, Mariusz A1 - Strohhäcker, J. A1 - Mair, Georg T1 - Monitoring of type IV composite pressure vessels with multilayer fully integrated optical fiber based distributed strain sensing N2 - We present the results of distributed fiber optic strain sensing for condition monitoring of a hybrid type IV composite fully wrapped pressure vessel using multilayer integrated optical fibers. Distributed strain sensing was performed for a total number of 252,000 load cycles until burst of the vessel. During this ageing test material fatigue could be monitored and spatially localized. Critical material changes were detected 17,000 cycles before material failure. Results have been validated by acoustic emission analysis. T2 - 12th International Conference on Composite Science and Technology (ICCST12) CY - Sorrento, Italy DA - 08.05.2019 KW - Hybrid composite pressure vessel KW - Distributed fiber optic sensing KW - Acoustic emission analysis KW - Structural health monitoring PY - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-516772 SN - 2214-7853 VL - 34 SP - 217 EP - 223 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam AN - OPUS4-51677 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eisermann, René A1 - Basedau, Frank A1 - Kadoke, Daniel A1 - Gründer, Peter A1 - Schoppa, André A1 - Lehr, Christian A1 - Szczepaniak, Mariusz A1 - John, Sebastian A1 - Schukar, Marcus A1 - Munzke, Dorit A1 - Mair, Georg T1 - Distributed strain sensing with sub-centimetre resolution for the characterisation of structural inhomogeneities and material degradation of industrial high-pressure composite cylinders N2 - Fibre-reinforced plastics (FRP) especially carbon-fibre-reinforced polymer (CFRP) and glass-fibre-reinforced polymer (GFRP) are commonly used materials in high pressure vessels and storage units for automotive and aerospace purposes. Optical fibres are suitable to be integrated or directly applied to the surface of FRP components. Using optical fibres it is possible to monitor the distributed strain profiles and changes within the fatigue life of a pressure vessel to ensure the operational safety. Within artificial ageing experiments we used swept wavelength interferometry (SWI) based distributed strain sensing for the monitoring of commercial high-pressure composite cylinder. This artificial ageing was performed using test conditions of 503bar pressure load (service pressure 300 bar) and 89 °C for 100 h. The polyimide coated optical fibres were glued to the surface externally in circumferential and axial direction. Using distributed strain sensing (DSS) material expansion of over 0.5% were monitored with sub-centimetre spatial resolution. Within the circumferential direction we observed up to 10 % local fluctuation compared to the median strain caused by inhomogeneous material expansion, which could cause local material fatigue. In addition, we determined material degradation manifested itself as localized remaining material expansion and/or contraction. Results have been validated by other non-destructive methods like digital strip projection. T2 - 9th European Workshop on Structural Health Monitoring (EWSHM) CY - Manchester, UK DA - 10.07.2018 KW - Distributed fibre optic sensors KW - Optical backscatter reflectometry KW - Swept wavelength interferometry (SWI) KW - Structural health monitoring (SHM) KW - Composite structures KW - Optical fibre PY - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-458926 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-45892 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Duffner, Eric A1 - Mair, Georg A1 - Munzke, Dorit A1 - Szczepaniak, Mariusz A1 - Schukar, Marcus T1 - Lebensdauerversuche an Faserverbund-Druckbehältern überwacht mittels Schallemissionsprüfung und optischen Fasern N2 - Kurzfassung. Die meisten Faserverbundbehälter, die in Europa für den Transport gefährlicher Stoffe oder als Speicherbehälter für Wasserstoff oder Erdgas in Fahrzeugen Verwendung finden, werden für eine nicht begrenzte Lebensdauer ausgelegt. In regelmäßigen Abständen sind für diese Druckbehälter wiederkehrende Prüfungen vorgeschrieben, die in der Regel aus visuellen Inspektionen und hydraulischen Innendruckprüfungen bestehen. Die wiederkehrenden Prüfungen sind jedoch weder geeignet, die sichere Betriebsdauer festzulegen noch den Alterungszustand der Druckbehälter zu beurteilen. Aufgrund des weiter steigenden Drucks zur Kosten- und Gewichtsreduktion von Faserverbundbehältern und der damit einhergehenden Ausnutzung der existierenden Sicherheitsmargen gewinnen Methoden zur Beurteilung des Alterungsverhaltens dieser Druckbehälter immer mehr an Bedeutung. Vor diesem Hintergrund wurde in der BAM das Vorhaben „Alterungsverhalten von Composite-Druckgefäßen mit Carbonfaser-Compositen unter gekoppelten Beanspruchungen (COD-AGE)“ gestartet, um die Alterung von Faserverbundbehältern mittels verschiedener zerstörungsfreier Prüfverfahren zu untersuchen. Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden an einem Typ 4 Hybridbehälter mit Kunststoffliner gewonnen, in den im Rahmen des Herstellungsprozesses optische Glasfasern in verschiedenen Schichten integriert wurden. Der Behälter wurde mittels hydraulischem Innendruck und erhöhter Umgebungstemperatur zyklisch bis zum Lebensende belastet. Zwischen den einzelnen Lastsequenzen erfolgte eine an die wiederkehrende Prüfung im Betrieb angelehnte hydraulische Druckbelastung. Sowohl die hydraulische Alterung als auch die Druckrampen wurden mittels Schallemissionsprüfung (SEP) und verteilter faseroptischer Sensorik mit dem Ziel einer frühzeitigen Versagensvorhersage überwacht. Durch die Schallemissionsanalyse sollte untersucht werden, ob zum Lebensende hin ein signifikanter Anstieg der Schallemissionsaktivität und -intensität, unterteilt in verschiedene Lastbereiche, beobachtet werden kann. Zusätzlich zum kontinuierlichen Monitoring der Zyklierung sollten die Druckrampen separat untersucht werden, um hier Potenziale für die wiederkehrende Prüfung zu erkennen. T2 - 22. Kolloquium Schallemission und 3. Anwenderseminar Zustandsüberwachung mit geführten Wellen CY - Karlsruhe, Germany DA - 27.03.2019 KW - Faserverbund KW - Druckbehältern KW - Lebensdauerversuche KW - Schallemissionsprüfung PY - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-479534 SP - 1 EP - 10 PB - DGZfP CY - Berlin AN - OPUS4-47953 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Munzke, Dorit A1 - Duffner, Eric A1 - Eisermann, René A1 - Schukar, Marcus A1 - Schoppa, André A1 - Szczepaniak, Mariusz A1 - Strohhäcker, J. A1 - Mair, Georg T1 - Monitoring of type IV composite pressure vessels with multilayer fully intregrated optical fibre based distributed strain sensing N2 - We present the results of distributed fibre optic strain sensing for condition monitoring of a hybrid type IV composite fully wrapped pressure vessel using multilayer integrated optical fibres. During load cycle tests material fatigue could be localised and monitored 17,000 load cycles before burst. Results have been validated by acoustic emission analysis. T2 - 12th International Conference on Composite Science and Technology CY - Sorrento, Italy DA - 08.05.2019 KW - Hybrid composite pressure vessel KW - Distributed fibre optic sensing KW - Acoustic emission analysis KW - Structural health monitoring PY - 2019 AN - OPUS4-47995 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -