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Das Impulsradarverfahren hat sich in der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen in den letzten Jahren etabliert. Mögliche Nutzer des Verfahrens sind oft daran interessiert, in einer ersten Abschätzung herauszufinden, ob Impulsradar bei ihrer Prüfaufgabe sinnvoll eingesetzt werden kann. Sofern die physikalischen Voraussetzungen für die Anwendbarkeit gegeben sind, ist danach die Machbarkeit von Interesse. Dazu ist die erzielbare Detektionstiefe von Bewehrungsstäben in Beton mit Radar von Bedeutung. In diesem Beitrag werden systematische Untersuchungen beschrieben, bei denen die erzielbare Detektionstiefe von Bewehrungsstäben in Betonbauteilen zunächst auf einfache Weise visuell quantifiziert wurde. Diese Untersuchungen wurden mit verschiedenen Antennenmittenfrequenzen durchgeführt. Dazu wurden Betonbauteile konzipiert, die bezüglich der Größen Einbautiefe, Bewehrung, Betonalter (Aushärtung des Betons) und Betonrezeptur variiert wurden. Am Ende stehen Kurven, aus denen die realistisch erzielbaren Detektionstiefen von Bewehrungsstäben in Beton in Abhängigkeit von Betonalter, Antennenmittenfrequenz und Betonsorte abgelesen werden können. Um den Einfluss der oberflächennahen Bewehrung und des Größtkorns der Gesteinskörnung auf die Detektionstiefen zu quantifizieren, sind tiefergehende Auswertungen mithilfe der POD(a)-Analyse erforderlich. Die Ergebnisse dieser beiden Einflussgrößen sind als Teil einer umfangreichen Dissertation zum Thema POD hier dargestellt.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Quantification of depth measurement for the detection of metal rebars using Radar:
Among non-destructive testing methods in civil-engineering (NDT-CE) Radar or GPR (Ground Penetrating Radar) has been well established. As a first step the engineer has to make sure the chosen NDT-method is applicable. When the physical requirements for an application are fulfilled the engineer wants to know up to what depth he might detect reinforcement bars. This article summarizes the results of systematic testing with radar at well-defined test specimens with different concrete mixtures, rebars in various depths using different antenna frequencies for their detection. As a result simple detection curves allow the engineer to estimate the attainable detection depth of reinforcement bars depending on the concrete age, concrete mixture and antenna frequency. To quantify the influence of the reinforcement near the surface or the maximum grain size of the aggregate advanced data assessment using the theory of POD (Probability of Detection) is presented as part of a comprehensive PhD thesis.
Die Auswirkung des Prüfrasters nach der DGZfP Richtlinie US 07:2014 auf die Auffindwahrscheinlichkeit von Reflektoren wird untersucht. Hierzu werden Simulationsrechnungen durchgeführt, mit dem Ziel, die Abhängigkeit der Unterbewertung von Größe und Tiefenlage von Reflektoren in Bezug auf das Prüfraster zu ermitteln und experimentell zu überprüfen. In zwei Simulationsreihen wird der Einfluss des Prüfrasters auf die Suche von Anzeigen und auf die Bewertung von Anzeigen ermittelt und bewertet. Auf Basis der Simulationsrechnungen wird eine POD-Analyse mit dem Ziel durchgeführt, die Auffindwahrscheinlichkeit von Reflektoren in Bezug zur Rastergüte Rn zu setzten und die Nachweisgrenze zu ermitteln.
Deutsche Bahn periodically inspects hollow railway axles for fatigue cracks on the outer surface with mechanized ultrasonic inspection systems. According to the current standard for the inspection of railway axles, the capability of the inspection system to detect these cracks has to be demonstrated on the saw-cut type artificial defects. However, the geometry and the ultrasonic response of the real cracks that can occur on the outer surface of the axle are different from the saw-cut. Furthermore, it is demonstrated that the position and the orientation of the cracks are also important factors that influence the crack detectability. It is proposed to evaluate the influence of all factors on the detection of the cracks using the multi-parameter reliability model. The model uses numerical simulation and experiments to comprehensively address the influence of several factors on the probability of detection.
Nondestructive testing (NDT) is routinely used in the nuclear, rail, aerospace and automotive industries to search for flaws in components. A signal from the flaw, recorded by the NDT device, will vary from measurement to measurement. The sources of this innate signal variation can be categorized into intrinsic, human and application factors. This variation, especially when searching for flaws that are at the limits of the NDT detection capabilities, can result in a failure to detect a flaw. If the inspected components are safety critical, the capability of NDT system to find flaws must be determined in order to avoid the catastrophic consequences of a missed flaw. The NDT system capability to detect flaws is expressed in terms of reliability. The probability of detection (POD) curve is a widespread tool to quantify the reliability of NDT. The POD is determined by series of experiments on specimens containing a range of flaws with known characteristics. The production of a sufficient number of these flaws is time consuming and expensive. In this paper, a multi-parameter POD model that uses both simulation and experimental measurements to calculate the POD curves will be presented. Simulation is used to assess the intrinsic capability of the NDT system and the variability in the system is estimated from experimental measurements. The POD calculated with the multi-parameter model is more comprehensive than the one calculated with the traditional model and the number of costly experiments needed is reduced.
Performance Assessment for a Guided Wave-Based SHM System Applied to a Stiffened Composite Structure
(2022)
To assess the ability of structural health monitoring (SHM) systems, a variety of prerequisites and contributing factors have to be taken into account. Within this publication, this variety is analyzed for actively introduced guided wave-based SHM systems. For these systems, it is not possible to analyze their performance without taking into account their structure and their applied system parameters. Therefore, interdependencies of performance assessment are displayed in an SHM pyramid based on the structure and its monitoring requirements. Factors influencing the quality, capability and reliability of the monitoring system are given and put into relation with state-of-the-art performance analysis in a non-destructive evaluation. While some aspects are similar and can be treated in similar ways, others, such as location, environmental condition and structural dependency, demand novel solutions. Using an open-access data set from the Open Guided Waves platform, a detailed method description and analysis of path-based performance assessment is presented.The adopted approach clearly begs the question about the decision framework, as the threshold affects the reliability of the system. In addition, the findings show the effect of the propagation path according to the damage position. Indeed, the distance of damage directly affects the system performance. Otherwise, the propagation direction does not alter the potentiality of the detection approach despite the anisotropy of composites. Nonetheless, the finite waveguide makes it necessary to look at the whole paths, as singular phenomena associated with the reflections may appear. Numerical investigation helps to clarify the centrality of wave mechanics and the necessity to take sensor position into account as an influencing factor. Starting from the findings achieved, all the issues are discussed, and potential future steps are outlined.
Structural health monitoring is a promising technology to automatically detect structural changes based on permanently installed sensors. Vibration-based methods that evaluate the global system response to ambient excitation are suited to diagnose changes in boundary conditions, i.e., changes in member prestress or imposed displacements. In this paper, these changes are evaluated based on sensitivity-based statistical tests, which are capable of detecting and localizing parametric structural changes. The main contribution is the analytical calculation of sensitivity vectors for changes in boundary conditions (i.e., changes in prestress or support conditions) based on stress stiffening, and the combination with a numerically efficient algorithm, i.e., Nelson’s method. One of the main advantages of the employed damage diagnosis algorithm is that, although it uses physical models for damage detection, it considers the uncertainty in the data-driven features, which enables a reliabilitybased approach to determine the probability of detection. Moreover, the algorithm can be trained and the probability of detecting future damages can be predicted based on data and a model from the undamaged structure,
in an unsupervised learning mode, making it particularly relevant for unique structures, where no data from the damaged state is available. For proof of concept, a numerical case study is presented. The study assesses the loss of prestress in a two-span reinforced concrete beam and showcases suitable validation approaches for the sensitivity calculation.
This contribution attempts to shed light on the application of POD analyses and measurement uncertainty calculations in nondestructive testing of concrete structures to provide useful and quality-assured information for reliability assessments of our built environment - with an emphasis on ground penetrating radar. It is shown that signal processing techniques affect POD analysis results to varying degrees, that measurement uncertainties are useful to validate PODs, and that the utilization of both POD analysis and measurement uncertainty calculations can pave the way to NDT-based reliability assessment, which will be exemplarily demonstrated in conclusion – generally aiming to derive those maintenance strategies and actions that are in line with actual demands.
Seit beinahe 50 Jahren werden Zuverlässigkeitsbewertungen zerstörungsfreier Prüfverfahren erfolgreich in unterschiedlichen Industriebranchen eingesetzt. Dennoch gibt es weiterhin viele Vorbehalte, da die Bewertungsgrundlage nicht standardisiert ist und konkrete Handlungsanweisungen fehlen. Dem gegenüber steht die Anerkennung in der ZfP-Community. Es ist bisher nur Wenigen bekannt, dass dem Wissen über die Zuverlässigkeit eines zerstörungsfreien Prüfverfahren eineSchlüsselfunktion für die ZfP 4.0 zukommt.
Im Vortrag wird die Notwendigkeit für eine Norm oder eine Richtlinie zum Thema Zuverlässigkeitsbewertungen aufgezeigt. Es wird darauf eingegangen, warum es bisher (in Deutschland) noch keine Richtlinie gab und gibt und was der:die Anwender:innen aus einer Richtlinie zur Zuverlässigkeitsbewertung von ZfP-Prüfverfahren erwarten kann.
Es werden konkrete Schritte und Vorgehensweisen zur Bewertung der Zuverlässigkeit eines Verfahrens aufgezeigt; von der Definition eines Anwendungsfalls, über die Herstellung geeigneter Testkörper bis hin zur Durchführung und Bewertung von Prüfungen unter Einbeziehung von menschlichen Einflüssen. Die Beispiele umfassen sowohl Anwendungen aus dem Bauwesen als auch aus dem Maschinen- und Anlagenbau.
Der Vortrag fasst die bisherigen und geplanten Arbeiten in dem WIPANO Projekt „Normung für die probabilistische Bewertung der Zuverlässigkeit für zerstörungsfreie Prüfverfahren“ zusammen.
Häufig stellt sich die Frage, ob eine Materialinhomogenität kritisch für die strukturelle Integrität eines Bauteils ist. Dies ist häufig abhängig von der Größe und der Geometrie dieser Materialinhomogenität. Während die korrekte Bestimmung einer Defektgröße zweifelsfrei eine Messaufgabe darstellt, ist die Detektion eines Materialdefekts die Hauptaufgabe eines Prüfsystems. Allerdings sind manche Defekte zu klein, um detektiert zu werden. Es ist jedoch schwierig, etwas zu bemessen, was nur schwer gefunden werden kann, stellen sowohl die Detektion als auch die Fähigkeit den Defekt zu bemaßen, Teile der der Bewertung eines Prüfsystems dar. Die vorliegende Publikation beschäftigt sich zum einen mit der Notwendigkeit, die Auffindwahrscheinlichkeit von Prüfverfahren zu bewerten, und zum anderen mit den Schritten, mit denen das Konzept der Prüfunsicherheitsbewertung national und international vorangetrieben wird. Final werden die Methoden evaluiert, die den Schulterschluss zwischen Prüf- und Messunsicherheitsbestimmung ermöglichen. Ergänzt wird der Artikel mit Beispielen aus der Industrie, welche die aktuelle Relevanz des Themas untermauern.