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- 8.0 Abteilungsleitung und andere (37)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (4)
- 8.5 Röntgenbildgebung (3)
- 2 Prozess- und Anlagensicherheit (2)
- 2.1 Sicherheit von Energieträgern (2)
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- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (1)
- 7 Bauwerkssicherheit (1)
- 7.1 Baustoffe (1)
Eingeladener Vortrag
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Impact damages and delaminations in fibre-reinforced composites (FRC) might not be visible at the surface, but could have an influence on the resistance and on the long-term behaviour of the component. Therefore, and especially for safety relevant structures, non-destructive methods are required for the assessment of such damages.
Active thermography methods are suitable to characterize damages after loading using different kind of excitation techniques and various configurations of infrared (IR) camera and heating sources. Here, flash lamps, impulse excitation with infrared radiator and lock-in technique with halogen lamps or widened laser beams are suited. In addition, non-optical sources like sonotrodes (requiring direct contact to the structure) or induction generators (only suited for carbon fibre reinforced polymer (CFRP) structures) could be applied as well. For the investigation of the evolution of the damage during the impact, passive thermography can be applied in-situ. Elastic and plastic deformations alter the temperature of the structure and thus the temperature on the surface.
In this contribution, at first the general principles of quantitative defect characterisation in FRC using active thermography with flash, impulse and lock-in excitation are described. Optical and thermal properties of the FRC material and its anisotropy are considered. Results of phase differences obtained at flat bottom holes with flash and lock-in thermography are compared for qualifying both methods for quantitative defect characterization. Secondly, the damage evolution of CFRP and GFRP structures under impact load and static tensile loading is described. The spatial and temporal evolution of the surface temperature enables us to distinguish matrix cracks or fibre-matrix separation from delaminations between the layers. Afterwards, all results for loading defects, obtained by passive and active thermography, are compared with each other. Fig. 1 and 2 show the difference of passive and flash thermography obtained at impact and tensile loaded CFRP plates, respectively. As one purpose of these investigations is the development of standards within national (DIN) and European (CEN) standardisation bodies, new draft and final standards are presented and further needs are discussed at the end of the presentation.
In vielen Umgebungen, besonders bei hohen Temperaturen, korrosiven Umgebungen oder auf bewegten oder schlecht zugänglichen Flächen, kann die Temperatur nicht oder nur mit nicht akzeptablem Aufwand mit Berührungsthermometern gemessen werden. Diese Umgebungsbedingungen sind unter anderem in der chemischen Industrie, der Lebensmittel-, Metall-, Glas-, Kunststoff- und Papierherstellung sowie bei der Lacktrocknung anzutreffen. In diesen Bereichen kommen Strahlungsthermometer zum Einsatz. Der VDI-Statusreport zeigt typische Anwendungsfelder von nicht radiometrisch kalibrierten Wärmebildkameras und von radiometrisch kalibrierten Thermografiekameras. Um verlässlich mit spezifizierten Messunsicherheiten berührungslos Temperaturen zu messen, müssen die Strahlungsthermometer und Thermografiekameras nicht nur kalibriert, sondern radiometrisch und strahlungsthermometrisch umfassend charakterisiert werden. Auch die optische Materialeigenschaft, der spektrale Emissionsgrad und die Gesamtstrahlungsbilanz (Strahlung des Messobjekts und der Umgebung) sind bei der industriellen Temperaturmessung von großer Bedeutung. In den letzten Jahrzehnten ist dazu ein umfassendes technisches Regelwerk entstanden, das wir Ihnen mit diesem VDI-Statusreport vorstellen. Manche in den Richtlinien beschriebenen Kennwerte mögen abstrakt wirken. In diesem Statusreport zeigen wir an konkreten Beispielen, was diese Kenngrößen für die berührungslose Temperaturmessung bedeuten. Beispiele von Anwendungen zeigen, wo temperaturmessende Thermografiekameras und ausschließlich bildgebende Wärmebildkameras in der Praxis eingesetzt werden. Mit einer Analyse, welche Themen und Anwendungen derzeit besonders intensiv diskutiert werden, versuchen wir Trends für zukünftige Entwicklungen herauszuarbeiten.
This study evaluates whether subsurface features in rotor blades, mainly made of Glass Fibre Reinforced Plastics (GFRP), can generally be detected with ‘‘solar thermography”. First, the suitability of the sun is tested for acting as a heat source for applying active thermography on a 30 mm thick GFRP test specimen. Second, a defective rotor blade segment is inspected outdoors under ideal natural conditions using the sun as excitation source. Additionally, numerical FEM-simulations are performed and the comparability between experiment and simulation is evaluated for outdoor measurements.
Weltweit errichtet man zunehmend Offshore-Windkraftanlagen (WKA). Diese auf hoher See errichteten WKA benötigen geeignete Wartungs- und Instandhaltungskonzepte. Bestehende Konzepte aus dem Landbereich geraten unter Offshore-Bedingungen an ihre Grenzen oder lassen sich überhaupt nicht anwenden, daher müssen neue Ansätze erprobt werden. Im Rahmen des BMBF geförderten Forschungsprojektes "IKARUS" ist das Potential der (berührungslosen) thermografischen Fernerkundung zur Zustandsüberwachung der Rotorblätter von WKA zu untersuchen.
Veränderungen der Umgebungsbedingungen wie z.B. solare Einstrahlung oder der Tagestemperaturgang führen zu veränderlichen Energieeinträgen in ein Objekt, die beim Vorhandensein von Inhomogenitäten im Material oder Strukturmerkmalen thermische Signaturen hervorrufen können. Ebenso können Veränderungen der Witterungsbedingungen dazu führen, dass bereits vorhandene thermische Signaturen wieder ausgelöscht werden. Daher ist es unbedingt notwendig, systematische Langzeitmessungen bei verschiedenen Umgebungsbedingungen durchzuführen, um Fehlinterpretationen zu vermeiden.
In diesem Beitrag wird anhand von Laborversuchen und Simulationen zunächst die grundsätzliche Eignung des thermografischen Ansatzes für glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), aus denen die Außenhüllen der Rotorblätter gefertigt sind, demonstriert. Hierbei werden unterschiedliche Arten von Defekten an GFK vorgestellt, die zu thermischen Signaturen an Rotorblättern führen können. Anschließend werden Zwischenergebnisse aus einem laufenden Langzeitversuch zu einem demontierten Rotorblattsegment vorgestellt, welches unter verschiedenen Witterungsbedingungen und zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten thermografisch beobachtet wurde.
Eine Arbeitsgruppe der BAM in der Abteilung für Zerstörungsfreie Prüfung forscht seit 2011 an verschiedenen technischen Fragestellungen, die sich aus dem thermografischen Lösungsansatz ergeben. Zum Beispiel werden spezielle Prüfkörper aus GFK im Labor unter dem Gesichtspunkt untersucht, inwieweit (materielle) innere Strukturen und äußerlich nicht sichtbare Schäden mit Thermografie offenbart werden können. Hierbei werden verschiedene Anregungs- und Auswertungstechniken auf ihre Eignung für diese Problemstellung untersucht. Der folgende Beitrag erläutert einige technische Schwierigkeiten bei der praktischen Anwendung der geplanten Inspektionsmethode und stellt einen erfolgversprechenden Lösungsansatz vor.
The present study continues the work described in part I of this paper in evaluating a longterm-experiment, where a rotor blade segment of a wind turbine is exposed to the elements and thereby monitored with passive thermography. First, it is investigated whether subsurface features in rotor blades – mainly made of GFRP – can generally be detected with thermography from greater distances under favorable conditions. The suitability of the sun for acting as a heat source in applying active thermography has been tested in the previous study. In this study, the climatic influence on thermographic measurement is evaluated. It is demonstrated that there are favorable and unfavorable circumstances for imaging thermal contrasts which reflect inner structures and other subsurface features like potential defects. It turns out that solar radiation serves as a very effective heat source, but not at all times of day. Other environmental influences such as diurnal temperature variations also create temperature contrasts that permit conclusions on subsurface features. Particular scenarios are reconstructed with FEM-simulations in order to gain deeper insight into the driving mechanisms that produce the observed thermal contrasts. These investigations may help planning useful outdoor operations for inspecting rotor blades with thermography.
Sandwich-Schalenstrukturen in situ charakterisiert mit Thermographie und Felddehnungsmessungen
(2018)
An der BAM wurde ein Schalenprüfstand entwickelt, mit dem typische Sandwichschalenstrukturen unter simulierter Betriebsbeanspruchung belastet werden können. Im mechanischen Ermüdungsversuch wurden in situ die Entstehung von Schäden in Schalenprüfkörpern mit Test-Imperfektionen mittels der passiven Thermographie und Felddehnungsmessungen verfolgt. Damit konnten der Zeitpunkt, der Schadensursprung und der Schadensfortschritt zerstörungsfrei bestimmt werden. Zudem wurden vergleichend Schalenprüfkörper mit Luftultraschall und der Röntgen-Laminographie untersucht. Im Rahmen eines BMWi-Forschungsvorhabens wurden die Schädigungsmechanismen evaluiert und Empfehlungen für die Praxis der Fertigung von Rotorblättern abgeleitet. In diesem Beitrag wird sich auf die Darstellung der ZfP-Verfahren und der ZfP-Ergebnisse konzentriert.
Up to now, the inspection of wind turbines with industrial climbers has been considered ”state of the art”. However, ever-larger wind turbines and advancing digitization make modern and automated inspection methods indispensable. Passive thermography can serve as such a digital and atomized method while it is well known for its applications in the inspection of buildings or electrical circuits. However, its application relies on thermal gradients in the inspected object such that a temperature contrast exists between damaged and sound areas. This also holds for unheated structures like rotor blades of wind turbines which show no intrinsic temperature gradient and can hardly be heated. Under certain weather conditions with sufficient solar loading and diurnal temperature variations, passive thermography is suitable for the in-service inspection of rotor blades. However, for a reliable use of passive thermography on ”thermal passive” components, the incorporation of these environmental conditions in the planning and evaluation of thermal inspections is crucial. Additionally, the complex inner structure of wind turbine blades in comparison to other objects and buildings require a specific method referencing the individual rotor blades to each other. This allows the distinction between the thermal response of design-specific structural features and damages or irregularities between the three blades. We show thermal signatures of damage in rotor blades and contrast them with structural characteristics by comparing the three blades. In addition to measurements in industrial environments, laboratory measurements are shown and compared to simulations. The long-term goal is to simulate the influence of different weather parameters and thus gain a better understanding of measurements in the field. The results shown here can be seen as one step towards industrial application.
Evaluation of passive Thermography for the inspection of wind turbine blades. Comparison of passive thermography from the ground with drone-supported images and active thermography. Better understand the influence of weather conditions through field measurements. Development of an inspection planning tool that incorporates weather forecasts. Use FEM simulations to predict thermal contrasts of different damages under different environmental conditions.