TY - CONF A1 - Baeßler, Matthias A1 - Ebell, Gino A1 - Herrmann, Ralf A1 - Hille, Falk A1 - Schneider, Ronald ED - Lienhart, Werner ED - Krüger, Markus T1 - On potentials and challenges of physics-informed SHM for civil engineering structures N2 - Physics-informed structural health monitoring, which integrates realistic physical models of material behavior, structural response, damage mechanisms, and aging processes, offers a promising approach to improve monitoring capabilities and inform operation and maintenance planning. However, the associated technical challenges and model requirements are context-specific and vary widely across applications. To illustrate the relevance and potential of the topic, two application examples are presented. The first focuses on monitoring the modal characteristics of a prestressed road bridge, where strong sensitivity to temperature variations limits the diagnostic capabilities of conventional vibration-based global monitoring. The discussion highlights how environmental influences can obscure structural changes, and emphasizes that purely data-based approaches are inherently limited to detecting anomalies and do not enable comprehensive condition diagnostics. The second example explores a physics-informed monitoring approach for prestressed concrete bridges affected by hydrogen-induced stress corrosion cracking. T2 - SHMII-13 CY - Graz, Austria DA - 01.09.2025 KW - Hydrogen Stress Corrosion Cracking KW - SHM KW - Physics informed PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-643271 SN - 978-3-99161-057-1 DO - https://doi.org/10.3217/978-3-99161-057-1-039 SP - 245 EP - 251 PB - Verlag der Technischen Universität Graz CY - Graz, Austria AN - OPUS4-64327 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baeßler, Matthias A1 - Herrmann, Ralf A1 - Hille, Falk A1 - Wille, Frank T1 - Dynamisches Verhalten und Überwachung des Großen Fallturms der BAM in Horstwalde N2 - Falltürme sind Bauwerke, die als Versuchsanlagen sehr speziellen, impulsartigen Belastungen ausgesetzt sind. Am Fallturm auf dem Testgelände Technische Sicherheit (TTS) der BAM wurde bei Routineinspektionen eine Abnahme der strukturellen Integrität in Form von Vorspannungsverlusten in den Bolzen der Stahlverbindungen festgestellt. Um ein Verständnis für die zugrundeliegenden Trag- und Schädigungsmechanismen zu erlangen, wurde ein umfassendes Structural Health Monitoring (SHM) System geplant und am Bauwerk installiert unter Nutzung von digitalen Bauwerksmodellen. Für die Auslegung des Überwachungssystems, insbesondere aber zur Unterstützung der Untersuchung des Schädigungsprozesses, wurden Finite-Elemente-Modelle erstellt. Um sicherzustellen, dass die FE-Modelle das reale Tragwerksverhalten mit ausreichender Genauigkeit abbilden, mussten sie jedoch in Bezug auf die gemessenen Antworten des Tragwerks kalibriert werden. Der vorliegende Beitrag beschreibt experimentelle und numerische Untersuchungen zur Identifizierung des strukturellen Systems des Stahlrohrgitterturms in Vorbereitung einer Überwachungskampagne. Die Auswertung von gemessenen Schwingungen unter ambienter Anregung ermöglichte die Identifizierung der Eigenfrequenzen mehrerer globaler Schwingungsmoden des Fallturms. Zur Modellvalidierung wurde zunächst eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um die Parameter mit dem größten Einfluss zu ermitteln. Anschließend wurde ein evolutionärer Algorithmus (EA) zur Optimierung nach dem Prinzip der Minimierung der Differenzen zwischen gemessenen und simulierten charakteristischen Antworten eingesetzt. Das aktualisierte Modell wurde schließlich an der dynamischen Reaktion der Turmstruktur infolge einer realen Falltest-induzierten Stoßbelastung validiert. Die Ergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen. N2 - Drop test towers are structures subjected to very specific dynamic loadings. At the drop test tower at the Test Site Technical Safety (TTS) of BAM routine inspections revealed a decline of structural integrity in form of loss of pretension in bolts of structural steel connections. To get an understanding about the underlying damage mechanisms as well as to assure the structural safety in operation, a multifaceted Structural Health Monitoring (SHM) system was planned and installed at the structure with the help of digital models. For planning the monitoring system but especially for supporting the investigation of the damaging process finite element models are deployed. Though, to ensure the capability of the FE model to reproduce the real structural behavior in sufficient accuracy, it needs to be calibrated in respect to measured responses of the structure. The present contribution describes experimental and numerical investigations to identify the structural system of the steel tube lattice tower in preparation of the monitoring campaign. An ambient vibration test allowed the identification of the natural frequencies of several global vibrational modes of the drop test tower. For model updating first a sensitivity analysis is applied to identify the most influencing parameter. In succession a genetic algorithm was applied for optimization in the sense of minimization of the difference between measured and simulated characteristic responses. The updated model is finally validated on the dynamic response of the tower structure to a real drop test induced impact loading. The results showed a good agreement between numerical and experimental results though the robustness of the simulation should be improved by more sophisticated numerical modelling. T2 - 7. VDI-Fachtagung Baudynamik CY - Würzburg, Germany DA - 27.04.2022 KW - Großer Fallturm Horstwalde KW - Structural Health Monitoring KW - Belastungsversuch KW - Modalanalyse KW - Schwingungsdynamik KW - Finite Elemente Simulation PY - 2022 SN - 978-3-18-092379-6 SN - 978-3-18-102379-2 DO - https://doi.org/10.51202/9783181023792-265 SN - 0083-5560 VL - 2379 SP - 265 EP - 284 PB - VDI-Verlag CY - Düsseldorf AN - OPUS4-55472 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bartels, Jan-Hauke A1 - Gündogdu, Berk A1 - Herrmann, Ralf A1 - Marx, Steffen T1 - Beschleunigungssensoren zur Zustandsüberwachung von Ingenieurbauwerken unter Einfluss von Umweltfaktoren bei tiefen Frequenzen T1 - Acceleration sensors for structural health monitoring of engineering structures under the influence of environmental factors at low frequencies N2 - Structural Health Monitoring (SHM) wird zunehmend zur kontinuierlichen Zustandsbewertung von Ingenieurbauwerken eingesetzt. Wichtige Bewertungsparameter sind globale Systemeigenschaften, wie z. B. Eigenfrequenzen, zu deren Bestimmung Beschleunigungssensoren eingesetzt werden. Häufig werden sog. MEMS-Sensoren (Micro Electro Mechanical Systems) verwendet, die jedoch ein hohes Rauschniveau aufweisen. Alternativ können rauschärmere IEPE-Sensoren (Integrated Electronics Piezo Electric) eingesetzt werden, die auch bei geringster Strukturanregung Schwingungen zuverlässig erfassen. Ferner besteht das Problem, dass Änderungen der Eigenfrequenzen infolge Bauwerksschädigung schwer von Änderungen der Eigenfrequenzen infolge Umwelteinflüssen zu unterscheiden sind. Letztere verändern die Eigenschaften der Struktur und die des Messsystems. Um Umwelteinflüsse auf das Messsystem im Anwendungsgebiet Ingenieurbau zu untersuchen, wurden IEPE-Beschleunigungsaufnehmer hinsichtlich ihres Übertragungsverhaltens im niederfrequenten Beschleunigungsbereich analysiert. Es zeigt sich, dass das Verhalten nicht nur frequenz-, sondern auch temperaturabhängig ist, während die Luftfeuchte keinen Einfluss hat. Diese für das Bauwerk unbedenklichen Einflüsse müssen für eine robuste Zustandsüberwachung kompensiert werden. Für die Anwendung im Ingenieurbau werden IEPE-Sensoren empfohlen, da sie ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweisen und niederfrequente Bauwerksschwingungen zuverlässig erfassen. N2 - Acceleration sensors for structural health monitoring of engineering structures under the influence of environmental factors at low frequencies. Structural health monitoring (SHM) is increasingly used to continuously assess the condition of engineering structures. Important assessment parameters are global system properties, such as eigenfrequency, which are measured by accelerometers. Micro-electro-mechanical systems (MEMS) sensors are often used, but have a high noise level. Alternatively, low-noise IEPE (integrated electronics piezo electric) sensors can be used, which reliably detect vibrations even with the slightest structural excitation. Another problem is that changes in eigenfrequency due to structural damage are difficult to distinguish from changes in eigenfrequency due to environmental effects. The latter change the properties of both the structure and the measurement system. In order to investigate environmental effects on the measurement system in the field of civil engineering, IEPE accelerometers have been analyzed for their transmission behavior in the low-frequency acceleration range. It was found that the behavior is not only frequency dependent, but also temperature dependent, while humidity has no influence. These nonstructural effects must be compensated for to ensure robust condition monitoring. IEPE sensors are recommended for civil engineering applications because of their high signal-to-noise ratio and ability to reliably detect low-frequency structural vibrations. KW - Beschleunigungssensoren KW - Kalibrierung KW - Structural Health Monitoring KW - Umwelteinflüsse KW - Übertragungsverhalten KW - acceleration sensors KW - calibration KW - environmental influences KW - transmission behavior PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1002/bate.202300056 SN - 1437-0999 SN - 0932-8351 VL - 101 IS - 10 SP - 1 EP - 11 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-60772 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bartels, Jan-Hauke A1 - Xu, Ronghua A1 - Kang, Chongjie A1 - Herrmann, Ralf A1 - Marx, Steffen T1 - Experimental Investigation on the Transfer Behavior and Environmental Influences of Low-Noise Integrated Electronic Piezoelectric Acceleration Sensors N2 - Acceleration sensors are vital for assessing engineering structures by measuring properties like natural frequencies. In practice, engineering structures often have low natural frequencies and face harsh environmental conditions. Understanding sensor behavior on such structures is crucial for reliable masurements. The research focus is on understanding the behavior of acceleration sensors in harsh environmental conditions within the low-frequency acceleration range. The main question is how to distinguish sensor behavior from structural influences to minimize errors in assessing engineering structure conditions. To investigate this, the sensors are tested using a long-stroke calibration unit under varying temperature and humidity conditions. Additionally, a mini-monitoring system configured with four IEPE sensors is applied to a small-scale support structure within a climate chamber. For the evaluation, a signal-energy approach is employed to distinguish sensor behavior from structural behavior. The findings show that IEPE sensors display temperature-dependent nonlinear transmission behavior within the low-frequency acceleration range, with humidity having negligible impact. To ensure accurate engineering structure assessment, it is crucial to separate sensor behavior from structural influences using signal energy in the time domain. This study underscores the need to compensate for systematic effects, preventing the underestimation of vibration energy at low temperatures and overestimation at higher temperatures when using IEPE sensors for engineering structure monitoring. KW - Acceleration sensors KW - Environmental influence KW - IEPE KW - Structural Health Monitoring KW - Low-frequency shaker PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-594623 UR - https://www.mdpi.com/2673-8244/4/1/4/ DO - https://doi.org/10.3390/metrology4010004 SN - 2673-8244 VL - 4 IS - 1 SP - 46 EP - 65 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-59462 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eichner, Lukas A1 - Gerards, Paul A1 - Herrmann, Ralf A1 - Schneider, Ronald A1 - Hille, Falk A1 - Baeßler, Matthias T1 - A framework for data and structural integrity management for support structures in offshore wind farms based on building information modelling N2 - Support structures of wind turbines in German offshore wind farms are regularly inspected. Currently, inspection outcomes are generally not systematically recorded. This prevents their consistent handling and processing, which is a key requirement to enable an efficient structural integrity management. As part of the DiMoWind-Inspect project, a data model and reference designation system for such inspection results is developed to facilitate their identification, localization, quantification, tracing and linking throughout the lifetime of a wind farm and beyond. The inspection results together with structural health monitoring results and information on repairs form the basis for assessing and predicting the structural condition, estimating the remaining lifetime, and planning of future inspections, structural health monitoring, and repairs. As a basis for developing a digital structural integrity management, a generic framework is proposed in this paper, which describes the stakeholders, data, models, processes and workflows of the integrity management of support structures in offshore wind farms and their interrelations. The framework adopts a building information modelling approach to describe the information relevant to the structural integrity management. The central digital space of the framework is a common data environment. An implementation of the framework will enable a digital structural integrity management in which inspection, structural health monitoring, repair, assessment and planning outcomes generated throughout the life cycle of a wind farm can be consistently collected, managed, shared and processed by the relevant shareholders. T2 - 8th International Symposium on Reliability Engineering and Risk Management CY - Hannover, Germany DA - 04.09.2022 KW - Offshore wind energy KW - support structures KW - structural health monitoring KW - building information modelling KW - structural integrity management PY - 2022 DO - https://doi.org/10.3850/978-981-18-5184-1_MS-04-161-cd SP - 111 EP - 117 PB - Research Publishing CY - Singapore AN - OPUS4-55656 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Eichner, Lukas A1 - Gerards-Wünsche, Paul A1 - Happel, Karina A1 - Weise, Sigurd A1 - Haake, Gerrit A1 - Sieber, Lars A1 - Flederer, Holger A1 - Schneider, Ronald A1 - Herrmann, Ralf A1 - Hille, Falk A1 - Baeßler, Matthias A1 - Huhn, Holger A1 - Küchler, Andreas T1 - Digitales Datenmanagement für die Instandhaltung von Offshore-Windparks T1 - Digital data management for maintenance in offshore wind farms N2 - Im Forschungsprojekt DiMoWind-Inspect wurde untersucht, welche Grundvoraussetzungen geschaffen werden müssen, um digitale Methoden für die Instandhaltung von Offshore-Windenergieanlagen einsetzen zu können. Daten aus allen Lebensphasen der Anlagen werden derzeit nur selten effizient dafür genutzt, um die sinnvollsten Instandhaltungsmaßnahmen am richtigen Ort, zum richtigen Zeitpunkt und mit den geringsten Kosten durchzuführen. Eine im Vorhaben entwickelte einheitliche Strukturierung der bisher häufig unstrukturierten Bau- und Instandhaltungsdaten ermöglicht ihre übergreifende, anwenderspezifische Verfügbarkeit. Hierfür werden Prinzipien des Referenzkennzeichnungssystems RDS-PP adaptiert. Es wird aufgezeigt, wie neben Bauteilen auch zusätzliche Informationen wie Instandhaltungsmaßnahmen oder Mängel strukturiert werden können. Dem Ansatz des Building Information Modeling folgend werden die Bauwerkskomponenten direkt mit den Informationen aus Inspektionen und weiteren Instandhaltungsmaßnahmen verknüpft. So können Informationen aus dem Betrieb über den Zustand der Struktur verarbeitet und für die maßgebenden Berechnungen und Nachweise zur Verfügung gestellt werden. Als Anwendungsfall wird ein zweistufiges Konzept vorgestellt, das zur Bewertung der Ermüdungslebensdauer eines korrosionsgeschädigten Konstruktionsdetails der Gründungsstruktur einer Offshore-Windenergieanlage mit Informationen aus der Instandhaltung eingesetzt wird. N2 - The DiMoWind-Inspect research project explored the essential requirements for implementing digital methods in the maintenance of offshore wind turbines. Currently, data from all stages of the turbines' lifecycles are underutilized, leading to suboptimal maintenance actions being taken in terms of location, timing, and cost. A consistent structuring of previously often unstructured construction and maintenance data developed in the project enables their cross-disciplinary, user-specific availability. To accomplish this, the principles of the Reference Designation System for Power Plants RDS-PP are applied. In this way, additional information, such as maintenance measures or defects, can be structured alongside components. The components of the structures are directly linked with information from inspections and other maintenance activities, following the Building Information Modeling approach. This allows for processing operational information about the condition of the structure and providing it for relevant calculations and assessments. As a use case, a two-stage concept is presented, utilizing maintenance information to assess the fatigue life of a corrosion-damaged structural detail in the support structure of an offshore wind turbine. KW - Building Information Modeling KW - Datenmanagement KW - Instandhaltung KW - Offshore-Windenergie KW - Referenzkennzeichnungssystem PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1002/bate.202400026 VL - 101 IS - 10 SP - 558 EP - 567 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-60765 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herrmann, Ralf T1 - Implementing a Structural Health Monitoring System using Digital Models of the BAM Large Drop Test Facility N2 - At the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) full scale specimens for nuclear transport and storage containers (casks) are tested for their structural integrity in a series of drop tests on the Test Site Technical Safety in Horstwalde, 50 km south of Berlin. These drop tests cause a major stress not only on the casks, but also on the steel tower structure of the test facility, itself. The load pattern makes the structure very interesting for detailed investigation. The focus of the monitoring lies on the bolted joints of the flange connections that are a typical connection for cylindrical elements if welding is technical or economical unfavorable. The definition of the monitoring takes was done by investigating the existing documents and inspection results accompanied by building an initial digital representation of the structure, consisting of two finite element (FE) models and a geometrical 3D point cloud representation. As a first step the structures behavior during static and dynamic loading was analyzed using measurement data and an updated numerical FE Model. The idea behind is to use models for a digital planning and operation/evaluation of the structural health monitoring. A static FE simulation and a dynamic FE simulation are generated, to investigate how the structure behaves under the load conditions. T2 - XI International Conference on Structural Dynamics (EuroDyn 2020) CY - Online meeting DA - 23.11.2020 KW - Structural Health Monitoring KW - System Identification KW - Digital Twin KW - Point Cloud KW - Drop Test PY - 2020 AN - OPUS4-51734 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herrmann, Ralf T1 - Managing Structural Health Monitoring with the Research Data Management Platform BAM Data Store N2 - Structural Health Monitoring (SHM) is an interdisciplinary challenge involving the assessment and prediction of the condition of civil structures, such as bridges, based on measurements and models. This presentation provides insight into how the BAM Data Store is used to represent a SHM project including the metadata and the monitoring data, itself. It describes the structure of the core elements of a typical SHM and introduces metadata profiles. This enables linking objects within the BAM Data Store to create a hierarchical structure. N2 - Structural Health Monitoring (SHM) ist eine interdisziplinäre Aufgabe bei der es um die Bewertung und Zustandsprognose von Bauwerken, wie z. B. Brücken, auf der Grundlage von Messungen und Modellen geht. Die Präsentation gibt einen Einblick in die Verwendung des BAM Data Stores zur Abbildung eines SHM Projekts zum Datenmanagement aller relevanten Metadaten und der Monitoringdaten selbst. Es werden die Struktur der Kernelemente eines typischen SHM beschrieben und Metadatenprofile für diese vorgestellt. Im BAM Data Store werden damit die strukturierte Verknüpfung von Objekten ermöglicht, um eine hierarchische Struktur zu erzeugen. T2 - Data Store Days 2025 CY - Berlin, Germany DA - 09.04.2025 KW - Structural Health Monitoring (SHM) KW - BAM Data Store KW - Verkehrsinfrastrukturen PY - 2025 AN - OPUS4-62942 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Herrmann, Ralf T1 - Digitalisierung sichert die Bauwerke von gestern und das Wissen von morgen N2 - Die moderne Gesellschaft in Deutschland und Europa profitiert von der hervorragenden baulichen Infrastruktur, die für uns viele Aspekte aus den Bereichen Mobilität, Energieversorgung, Transport, Umweltschutz, (Nah-)Erholung und Gefahrenabwehr zur Alltäglichkeit werden lassen und uns ein hohes Gefühl der technischen Sicherheit vermitteln. Viele der Annehmlichkeiten, wie beispielweise ein Hochgeschwindigkeitseisenbahnverkehrsnetz, zuverlässige Stromversorgung im europäischen Verbundsystem und ein immenser Personen-, Güter- und Warenverkehr auf der Straße, zu Wasser und in der Luft ist ohne eine leistungsfähige, resiliente und zuverlässige bauliche Infrastruktur undenkbar. KW - Bauwerksmonitoring KW - Bauwerksdiagnostik KW - Digitalisierung PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1002/bate.202270303 SN - 1437-0999 SN - 0932-8351 VL - 99 IS - 3 SP - 161 EP - 162 PB - Ernst & Sohn GmbH CY - Berlin AN - OPUS4-54557 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herrmann, Ralf T1 - A Living Lab for Structural Health Monitoring at the Nibelungen Bridge Worms for Transfer Learning of Structural Dynamics N2 - The Nibelungen Bridge in Worms, Germany has been selected as a national demonstration structure for advanced non-destructive testing (NDT) and structural health monitoring concepts to extend the lifetime of civil structures and to optimize O&M actions. Parts of the research that involves this bridge as a demonstrator belong to the focus area program SPP100+. In this program, the bridges SHM System has been extended and combined with an additional setup of vibration sensors. The used digital smart sensor with pre-processing functions, the arrangement of the sensors at the structure and additional edge computing capability allows the investigation of transfer learning and other methods directly into the real structure. The living lab with seven triaxial accelerometers can be reconfigured in real-time and adjusted to the needs of AI models for classification. The comparison with the existing conventional SHM sensors has been made possible by hardware synchronization to the existing SHM System and collocating sensors at similar positions, so that a hardware exchange can be an investigated use-case for the transfer learning. During idle times, the system collects vibration data like a conventional SHM system. T2 - 10th European Workshop on Structural Health Monitoring (EWSHM 2024) CY - Potsdam, Germany DA - 10.06.2024 KW - Structural Health Monitoring (SHM) KW - SPP100+ KW - Nibelungen Bridge KW - Sensor technology PY - 2024 AN - OPUS4-61284 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -