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The permanently increasing number of wind turbines requires suited inspection and monitoring methods to ensure liability and security. Concerning the inspection of ro-tor blades, only manual inspections are state of the art. Thermographic Testing (TT) has the potential to detect typical failures and damages on rotor blades. The paper presents some results of onsite measurements carried out as “passive thermogra-phy”, i.e. without a defined heating procedure. Due the totally contactless meas-urement principle, TT can be applied to rotating blades as well as to resting blades. Both methods will be compared with respect to their possible realization.
Active thermography is sensitive to inhomogeneities at and below the surface of objects investigated. Thus, it should be useful for detecting plaster delaminations on concrete. In this paper, the results of field and laboratory investigations into plaster-covered concrete were compared. For evaluating the bonding state of the plaster it is not sufficient to study only the thermal contrasts at the surface of the investigated objects. The experimental results suggest that the overall thermal behaviour has to be considered.
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.
Im EMRP-Projekt VITCEA werden komplementäre ZFP-Verfahren zur Prüfung von Faserverbundwerkstoffen weiterentwickelt und validiert. In diesem Beitrag werden Ergebnisse verschiedener Techniken der aktiven Thermografie und des Ultraschalls vorgestellt. Die Nachweisempfindlichkeiten bezüglich künstlicher und natürlicher Fehler mit unterschiedlichen lateralen Ausdehnungen und in verschiedenen Tiefen werden miteinander verglichen.
Quantification of impact damages in CFRP and GFRP structures with thermography and ultrasonics
(2018)
The extent of damage caused by impacts in fibre reinforced composites depends on the energy of the impacts, on the velocity and the shape of the impacting body, on the material and structure of the composite and on the geometry of the structure. Here, mainly the thickness of the component is essential. The non-destructive evaluation of these damages can be carried out using both ultrasound and active thermography methods. A comparison of the detection sensitivity of these methods for the different damages is carried out in this paper depending on the fibre composite material used (CFRP and GFRP), the thickness of the material and the impact energy. The NDT methods used after the damage are supplemented by thermographic measurements with high temporal resolution, which were already recorded during the impact.
Recurrent non-destructive testing inspections are necessary to prevent damages in wind turbine rotor blades, but so far, there is no established method that detects defects in blades from greater distances – although this becomes increasingly important in the context of hardly accessible offshore wind parks.
Thermography is a promising method for detecting subsurface defects, but various challenges arise when this method is applied on-site to turbine blades in operation. Disturbing influences from the environment easily lead to a misinterpretation of thermograms (i.e. thermographic images), such as thermal signatures caused by reflections, dirt and other superficial inhomogeneities.
This study explores several problems and effects that arise, when (rotating) blades are monitored with thermography.
It will then be demonstrated that a meaningful defect inspection in this scenario is essentially restricted to a procedure following three steps: Firstly, calculating the so-called difference thermograms of all blade pairs for eliminating disturbing reflections. Secondly, identifying potentially relevant signals, which are associated neither with structural features nor with dynamical effects, and the identification of these signals’ allocations (through comparison of all difference thermograms with each other). And thirdly, comparing these signals with (processed) photos for excluding incorrect indications by surface effects. Unlike common thermographic analysis methods, which typically only include an aspect of this procedure, the composition presented in this contribution constitutes an advanced technique for minimizing disturbing influences in thermograms.
The proposed thermographic technique enables the detection of potential subsurface defects within rotating rotor blades from greater distances – such as from the ground, air crafts or vessels.
Methods for the combination (i. e. comparison and overlay) and data fusion (i. e. integration of all data in one data set, replacement of data) of active thermography and D laser scanner (light section method) have been developed. Systematic investigations for quantification of damage in historic structures are presented using both techniques. A case study shows that reproducible investigations at regular time intervals are very well suited for structural monitoring.
Applications of infrared thermography in civil engineering are not limited to the identification of heat losses in building envelopes. Active infrared thermography methods enable structural investigations of building elements with one-sided access up to a depth of about 10 cm. Masonry and especially historical masonry has a very heterogeneous structure containing several different materials (brick, stone, mortar, plaster, wood, metal, etc.) with various thermal properties. As many classes of damage originate from defects that are close to the surface, active thermography is in general very well suited to assessing different test problems in cultural heritage buildings. In this paper, the physical background, equipment, environmental influences and material properties are discussed. Several application results are presented. It is shown how active thermography can be integrated into a holistic approach for the assessment of historical structures.
The paper presents some of the results obtained within a project concerning the validation of the thermographic inspection method applied to rotor blades of wind turbines. Thermographic testing (TT) is a well established nondestructive testing method under laboratory conditions. It is suited to detect typical structural features and also faults and damages within the blade structure. However, the onsite application for wind turbines during Operation is not straightforward. Some resuits of non-rotating blades as well as of rotating blades are presented. The simultaneous recording of all blades in the rotating state allows the application of a reference method suppressing disturbing influences and leading to enhanced thermal contrasts.
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.
Fallbeispiele für die Anwendung der 3D-Messtechnik und der aktiven Thermografie in der Denkmalpflege
(2010)
Die Kombination und direkte Datenfusion der Ergebnisse von 3DLaserscannern
zur Erfassung der Geometrie und der aktiven Thermografie zur
Ortung verdeckter Hohlstellen und anderer Inhomogenitäten liefert umfassende
quantitative Informationen über die Zuordnung von Merkmalen und Veränderungen
eines Bauteils. In diesem Beitrag werden die erforderlichen Verfahrensspezifikationen,
das Prinzip der Datenüberlagerung und ausgewählte Fallstudien aus der
Denkmalpflege vorgestellt.
In diesem Beitrag werden zerstörungsfreie Untersuchungen mittels aktiver Thermografie an Probekörpern aus CFK und GFK mit unterschiedlichen künstlichen Fehlstellen vorgestellt. Dabei wird die zeitliche und örtliche Temperaturverteilung nach der Erwärmung mit Blitzlampen oder mit einem Infrarot-Strahler mit einer Infrarot-Kamera erfasst. Zur späteren Rekonstruktion der Messdaten wurde ein numerisches Modell entwickelt. Dazu war die Bestimmung der thermophysikalischen und optischen Materialeigenschaften erforderlich, was in diesem Beitrag ebenfalls beschrieben wird. Die Ergebnisse der numerischen Modellierung werden mit den experimentellen Untersuchungen der aktiven Thermografie verglichen. Weiterhin werden die experimentellen Untersuchungen hinsichtlich der beiden Materialsysteme CFK und GFK und unter Berücksichtigung der Teiltransparenz des GFK-Materials sowie der unterschiedlichen Anregungsquellen bewertet.
In diesem Beitrag werden zerstörungsfreie Untersuchungen mittels aktiver Thermografie an Probekörpern aus CFK und GFK mit unterschiedlichen künstlichen Fehlstellen vorgestellt. Dabei wird die zeitliche und örtliche Temperaturverteilung nach Erwärmung mit Blitzlampen oder mit einem Infrarot-Strahler mit einer Infrarot-Kamera erfasst. Zur Rekonstruktion der Messdaten wurde ein numerisches Modell entwickelt. Dazu war die Bestimmung der thermischen und optischen Materialeigenschaften erforderlich.
As shown recently, the quantification of damage in historic masonry structures is possible by using active thermography. In this paper, a case study is presented concerning systematic studies of the determination of damage size and prognosis of damage increase inside a sandstone column by using different approaches of active thermography. Various heating sources as well as impulse and periodic heating have been compared. Reproducible investigations in regular time intervals for structural monitoring are possible.
Lockin thermography is a well-suited method for the characterization of structures made of both metal and fiber reinforced plastic. In most cases, only phase images are analyzed, although the amplitude images might contain useful information as well. Thus, systematic studies of lockin thermography are presented, assessing amplitude and phase images for the detection and quantification of defects in isotropic (steel) and anisotropic (carbon fiber reinforced plastic) materials. Characterized defects are flat bottom holes with different diameters and various remaining wall thicknesses as well as crossed notches at different depths. The excitation frequency was varied while keeping the number of analyzed excitation periods nearly constant for each material. The data analysis was focused on the detectability of the defects both in the amplitude and phase images, including the determination of the signal-to-noise ratio and of the spatial resolution. As a result, the limits of defect detectability and spatial resolution are given for each material