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Effect of different inspection strategies on the reliability of Daniels systems subjected to fatigue
(2013)
Updating of fatigue reliability with inspection data using subset simulation - problems encountered
(2013)
We present a concept for assessing the system reliability of monitored jacket support struc-tures of offshore wind turbines subjected to fatigue. The concept assumes that a structural health monitoring system periodically records accelerations of the jacket structure caused by ambient excitations. The recorded data is processed by a stochastic subspace-based damage detection algorithm to provide information on the global damage state of the jacket structure. This information is generally uncertain. To determine the effect of such uncertain global monitoring information on the structural reliability, the deterioration state of the jacket structure is described by a probabilistic fatigue deterioration model of all structural elements, which considers stochastic dependence among element fatigue behavior. The system deterioration model is coupled with a probabilistic structural model to compute the system failure probability. Global damage detection information is included in the reliability assessment through Bayesian updating of the system failure probability.
Die BAM erforscht mit Partnern an der TUM und DTU Methoden und Modelle für ein optimiertes Tragwerksmanagement von Infrastrukturbauwerken. Im Rahmen des vom BMVI und der BASt aufgelegten Projektclusters „Intelligente Brücke“ wurde ein Software-Prototyps zur zuverlässigkeitsbasierten Bewertung eines konkreten Spannbetonüberbaus unter Berücksichtigung von Inspektionen und Überwachungssystemen entwickelt. Der entwickelte Software-Prototyp ermöglicht Benutzern ohne vertiefte Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie eine Berechnung des Einflusses von Bauwerksinformationen auf den Systemschädigungszustand und die Tragsicherheit. Auf dieser Grundlage können effiziente Inspektions- und Überwachungsmaßnahmen identifiziert und das Erhaltungsmanagement optimiert werden.
A novel method for risk-based optimization of inspection and repair strategies for deteriorating structural systems has recently been proposed. The method defines heuristics at the system level to reduce the number of possible strategies. For each defined strategy, it computes the updated system failure probability conditional on simulated inspection and repair histories, and evaluates the associated costs and risk. The expected total service life costs and risk for a strategy are finally determined using Monte Carlo simulation. The optimal strategy minimizes the expected total service life costs and risk. We intend to adopt this approach to optimize inspection, monitoring and repair activities for offshore wind park support structures. As a first step, we simulate – in analogy to an offshore wind park – the service life performance of an inspected group of jacket-type frames. The performance is quantified in terms of the group’s system failure probability conditional on simulated inspection and repair histories. The underlying system model accounts for the structural redundancy of the frames and the interdependence among their failure events due to similar loading conditions. The model also captures stochastic dependence among the deterioration states of the frames. As part of the simulation process the a-priori unknown outcome of any planned inspection is generated conditional on the outcome of all previous inspections.
Das Ermüdungsverhalten einzelner Schweißverbindungen in Offshore-Strukturen ist stark korreliert. Diese Korrelation entsteht zum einen durch die Verwendung gleicher Prozesse und Materialien bei der Herstellung der Verbindungen, zum anderen sind die ermüdungswirksamen Lasten an verschiedene Hospots im Tragwerk ebenfalls von einander abhängig. Hieraus ergeben sich Systemeffekte, die es ermöglichen, durch stichprobenartige Inspektion des Zustandes einzelner Hotspots auf den Zustand der verbleibenden Hotspots im Tragwerk zu schließen. Auf dieser Grundlage können Inspektions- und Reparaturstrategien für ermüdungsbeanspruchte Offshore-Strukturen mit Hilfe von riskobasierten Methoden optimiert werden. In diesem Vortrag wird weiterführend ein Konzept zur Einbindung von globalen Monitoringergebnissen in die risikobasierte Inspektionsplanung vorgestellt.
Identifying optimal inspection and repair strategies for offshore jacket structures is a challenging task. We pre-sent an approach, which is based on recent developments in the field of risk-based operation and maintenance planning at the structural system level. The approach utilizes heuristics to define inspection and repair strate-gies at the system level and to reduce the search space of possible strategies. For each defined strategy, the expected service life cost of inspection, repair and failure is evaluated based on simulated inspection and re-pair histories. Subset simulation is applied to compute the conditional repair and failure probabilities required for this analysis. It also forms the basis for simulating inspection and repair histories. The strategy that mini-mizes the expected service life cost is the optimal one in the set of pre-selected strategies. The underlying condition and performance model accounts for the stochastic dependence among the deterioration states of the different structural elements and the structural redundancy. The approach is demonstrated in a case study considering a jacket-type frame. In this study, we essentially vary the inspection interval, the minimum num-ber of inspected components and the target reliability, and identify the combination that minimizes the ex-pected total service life cost.
Die Risikoanalyse ist ein formales Verfahren zur Unterstützung von Entscheidungen unter Unsicherheit und Risiko. Es ermöglicht eine Optimierung von Maßnahmen zur Verhinderung unerwünschter Konsequenzen. Der Vortrag stellt die aktuellen Aktivitäten an der BAM in dem Feld Risikoanalyse technischer System vor.
Owners or operators of offshore wind farms perform inspections to collect information on the condition of the wind turbine support structures and perform repairs if required. These activities are costly and should be optimized. Risk-based methods can be applied to identify inspection and repair strategies that ensure an optimal balance between the expected total service life cost of inspection and repair, and the achieved risk reduction. Such an optimization requires explicit modeling of repairs. In this paper, the impact of different repair models on the results of a risk-based optimization of inspection and repair strategies is quantified in a numerical example considering a jacket-type steel frame subject to high-cycle fatigue. The example showed that, in this specific application, there is no need for detailed modeling of the behavior of repaired welded connections.
Monitoringsysteme erfassen kontinuierlich Bauwerksdaten wie z.B. Bauwerksbeschleunigungen, auf deren Grundlage Bauwerksschäden mit Hilfe von SHM-Methoden quantifiziert werden können. Mit den gewonnenen Informationen über den aktuellen Bauwerkszustand können Vorhersagen des Bauwerkszustandes und der Bauwerkszuverlässigkeit aktualisiert und erforderliche Inspektionen und Instandhaltungsmaßnahmen vorausschauend geplant werden. Im BMBF-Forschungsvorhaben AISTEC entwickeln der Fachbereich 7.2 „Ingenieurbau“ innovative Monitoringverfahren zur Systemidentifikation und automatischen Detektion, Lokalisierung und Quantifizierung von Schäden an Infrastrukturbauwerken anhand von gemessenen dynamischen und statischen Bauwerksdaten. Im Rahmen dieses Projektes werden die Verfahren an der Maintalbrücke bei Gemünden angewendet, welche Teil der ICE-Strecke Hannover-Würzburg ist. In diesem Vortrag wird das für die Maintalbrücke Gemünden geplante und umgesetzte Monitoingsystem vorgestellt.
Kontinuierliche sensorbasierte Bauwerksmessungen leisten einen wichtigen Beitrag zur Sicherheit von Verkehrsbauwerken. Hierzu werden im Vorhaben AISTEC Referenzbauwerke und Referenzverfahren untersucht mit Schwerpunkt auf den Einfluss klimatischer Bedingungen. Der Vortrag stellt den aktuellen Projektstand des FB 7.2 vor.