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Organisationseinheit der BAM
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (21)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (21)
- 7 Bauwerkssicherheit (4)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (4)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (3)
- 9 Komponentensicherheit (2)
- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (2)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (1)
- 1.9 Chemische und optische Sensorik (1)
- 4 Material und Umwelt (1)
Eingeladener Vortrag
- nein (101)
Am Deutschen Dom wurden Mikrowellenabsorptionsmessungen, Radar und Infarot- Thermographie als moderne zerstörungsfreie Prüfverfahren der Feuchtemessung in Mauerwerk erprobt. Ergänzende numerische Simulationsrechnungen des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports sollen bei der Auswahl von Trockenlegungskonzepten helfen.
Active infrared thermography in civil engineering - quantitative analysis by numerical simulation
(2003)
The cooling-down process of building structures after heating-up with an external radiation source was analysed to detect voids inside and below the surface. Quantitative results of concrete test specimen containing voids with different sizes at various depths will be presented here. The experimental results were compared to numerical simulations performed with a Finite Difference program developed at BAM.
Anwendung der Impuls-Thermografie als quantitatives zerstörungsfreies Prüfverfahren im Bauwesen
(2002)
Zusammenfassung
Die Impuls-Thermografie ist eine aktive Methode zur Strukturuntersuchung von Bauteilen. Im Rahmen eines von der DFG geförderten Projektes wird in Kooperation mit der TU Berlin an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung zur Zeit die mögliche Anwendung der Impuls-Thermografie als zerstörungsfreies Prüfverfahren im Bauwesen untersucht.
Die Impuls-Thermografie soll zur Ortung von oberflächennahen Inhomogenitäten, bei denen es sich im Normalfall um Fehlstellen handelt, in typischen Bauteilen verwendet werden und nach Möglichkeit die Geometrie- sowie die Materialparameter der Inhomogenitäten quantitativ bestimmt werden.
Messungen werden derart durchgeführt, dass Oberflächen mit einem geeigneten Heizstrahler erwärmt, die anschließenden Abkühlungsprozesse mit einer Infrarot-Kamera betrachtet und thermische Bilddaten (Thermogramme) aufgezeichnet werden. Der Hauptansatzpunkt für die quantitative Auswertung der Messdaten ist die Betrachtung von Temperatur-Zeit-Kurven (Transienten) des Abkühlungsprozesses über fehlerfreien und fehlerhaften Bereichen des Probekörpers. Zusätzlich werden auf Basis der Finiten-Differenzen-Methode numerische Simulationen durchgeführt. Quantitative Ergebnisse werden sowohl durch den Vergleich der experimentellen Daten mit den Simulationsrechnungen als auch durch eine Anpassung analytischer Funktionen an die Transienten erzielt.
The application of impulse radar for structural investigation of concrete elements has been increased during the last years related to technical developments, i. e. of high frequency antennas. In this paper, case studies will be presented related to the location of reinforcing bars, tendon ducts and repaired concrete areas in concrete bridges, anchors and dowels in concrete highways and delaminations of layered structures as they are used for non-ballasted railway tracks. It is shown that impulse radar can be applied in case of regular inspection and for searching the cause of damages but also for quality assessment in civil engineering.
Application of georadar for the determination of moisture content and distribution in masonry
(2003)
For the investigation of the complex inner structure of historic buildings, the application of radar has been increased during the last ten years. Although historic masonry in general is very inhomogeneous and although in some cases high absorption occurs due to enhanced moisture, radar has been successfully applied to get information on geometry, position of inclusions and about kind and size of existing damages. In this paper case studies will be presented concerning the localisation of metallic inclusions and the investigations of the structure of an exterior wall with a multiple leaf structure.
Ortung von Hohlstellen und Ablösungen in Betonkonstruktionen mit Radar und Impuls-Thermografie
(2003)
We concentrate on appropriate algorithmic processing of microwave Ground Penetrating Radar (GPR) data obtained from concrete specimens containing tendon ducts below steel reinforcement bars either via simulations or via experiments. The goal is to understand the physical phenomena of electromagnetic wave propagation and scattering in detail in order to optimize imaging algorithms like SAFT (Synthetic Aperture Focusing Technique as the NDT version of SAR) in its 3D diffraction tomographic FT-SAFT formulation (Fourier-Transform-SAFT). Therefore we start with the simulation of a "simple" specimen and switch to a more realistic one in order to check whether simulation and experiment can give comparable results. Basically, this could be confirmed, but, nevertheless, various parametric studies will still have to be performed in the future.
ONSITEFORMASONRY is a research project funded by the European Commission under the 5. Framework Programme 1998-2002 in the Thematic Programme: Energy, Environment and Sustainable Development and the Key Action: The City of Tomorrow and Cultural Heritage.
The main objective of the project is the development and improvement of methodologies for the evaluation of the structure of historic masonry Cultural Heritages. For effective restoration and conservation of historic buildings, a detailed assessment of the structural safety and physical damages of the masonry structure is required. Therefore, typical masonry damages and the most frequent pathologies in each region have been identified and summarised in a catalogue of problems and damages. Selected non-destructive (NDT) and minor-destructive (MDT) techniques are performed by the partners including the development of software packages for fast and automated data analysis. The strategy for an effective and useful combination of different NDT and MDT methods will be worked out considering the results of case studies and taking into account the experiences of the consortium members. Recommendations and guidelines for the application of the integrated methodologies will be developed in close co-operation with end-users.
Application of georadar for the determination of moisture content and distribution in masonry
(2001)
Non-destructive testing (NDT) of concrete structures is performed using pulse-echo methods. According to the type of the applied waves it can be classified as acoustic (Impact-Echo, Ultrasonics) and electromagnetic methods (Radar). The results are visualised through different imaging processes. This work is performed in the frame of a research project promoted by Deutsche Forschungsgemeinschaft (FOR384).The objective of data fusion is to use the complementary information of the different methods. Radar can detect metallic reflectors in concrete (metallic ducts and concrete reinforcement) very well. This method is not able to locate defects behind these reflectors (injecting defects, defects behind close concrete reinforcement), because the electromagnetic waves are completely reflected at metals. The acoustic methods are able to compensate this deficit i.e. acoustic waves can penetrate through metal. But acoustic waves in the ultrasonic range are completely reflected by air layers. Air layers have smaller influence on radar propagation, so that both methods complement each other.In order to be able to combine the NDT-data from several methods records at the same volume, the different data setsmodes of signals must be adapted. The ultrasonic and radar data have to be reconstructed with programs based on the Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) before data fusion. Subsequently, a conversion of the data into a uniform format has to be carried out. This is a prerequisite in order to keep the data exchange between the project partners as simple as possible. After the data sets are imported and transferred into a common reference system, they can be processed with operations according to the purpose of the investigation. Results, which have been achieved in concrete test specimen with radar and ultrasonics, will be presented and will show the feasibility of the data fusion method.
Anwendung der Impuls-Thermografie als quantitatives zerstörungsfreies Prüfverfahren im Bauwesen
(2002)
Ortung von Hohlstellen und Ablösungen in Betonkonstruktionen mit Radar und Impuls-Thermografie
(2003)
Anwendung der Impuls Thermografie zur Strukturuntersuchung von Bauteilen im oberflächennahen Bereich
(2002)
Im Rahmen eines FE-Projektes “Inspektion Fester Fahrbahnen“ der BAM und der Deutschen Bahn AG geht es um die Anwendung und weitere Entwicklung zerstörungsfreier Messverfahren zur Beurteilung des Zustandes Fester Fahrbahnen.
Nach ersten Versuchsreihen direkt im Gleis wurden für verschiedene Bauarten die charakteristischen Herstellungsbedingungen simuliert und systematisch untersucht. Die kombinierte Anwendung der drei Messverfahren Ultraschall-Array-, Impakt-Echo- und Impuls-Radar-Verfahren wird hier an dem Beispiel “Betonschwelle in Betoneinbettung” dargestellt.
The German Society for Non-destructive Testing (DGZfP) is a center of activity in research, development, application and dissemination concerning non-destructive testing (NDT) methods. The transfer of results from research to practical application is one of the main targets. Therefore the Technical Committee NDT in Civil Engineering has published ten guidelines providing information from scientifical background to practical application concerning NDT-methods like radar, ultrasonic and radiography. Considering radar for example the content and structure of these guidelines is described below. To contribute to harmonization of European regulations and standards these guidelines should be transferred into the English language area. They can serve as a basis for harmonized European standards.
Verfahrensentwicklung zur Qualitätssicherung Fester Fahrbahnen mit zerstörungsfreien Prüfverfahren
(2002)
Ziel des von der Europäischen Kommission geförderten Projektes ONSITEFORMASONRY war die Entwicklung und Optimierung von Verfahren und Verfahrenskombinationen für die Bewertung der Struktur- und Materialeigenschaften von historischem Mauerwerk. Es wurden zerstörungsfreie und zerstörungsarme Methoden wie z. B. Radar, Ultraschall, Impact-Echo, Mikroseismik, aktive Thermografie und Flat-Jack weiterentwickelt und im Rahmen einer Vielzahl von Fallstudien vor Ort eingesetzt. In dieser Veröffentlichung werden die Ergebnisse des Projektes vorgestellt, und es wird auf weiterführende Literatur und Informationsquellen verwiesen.
Untersuchung von historischem Mauerwerk mit der Puls-Phasen-Thermografie / Altes Museum und Wartburg
(2005)
An advanced quantitative approach of pulse-phase-thermography for nondestructive
testing in civil engineering is described in this contribution. The
characteristic frequency of the maximum phase-contrast between defects and sound
areas is used as a means for the characterization of its depth.
The new approach is tested in the laboratory on concrete structures with defects of
polystyrene. The surfaces of the structures were heated with IR-radiators for varying
time periods.
The presented investigations were funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft
(DFG) and were carried out in co-operation with the Technical University of Berlin
(TUB).
The active approach for non-destructive-testing in Civil Engineering (NDT-CE) with infraredthermography (IR), developed at the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), is described in part one of this contribution. The active IR-approach is based on the principles of impulse- (IT) and pulse-phase-thermography (PPT). The concept is a direct result of a research project at the BAM in cooperation with the Technical University of Berlin (TUB) and was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). In the second part results of the new thermography-scanning system (thermo-scanner) of BAM on debonding of multi-layered structures, especially carbon fibre reinforced plates (CFRP) on concrete are presented. Both, the thermo-scanner developed at BAM, and the investigations carried out, are part of the
EU-Project Sustainable Bridges. In the third part of the paper the characteristic frequency of the optimum phase-contrast as a means for the characterization of defects depth in CE by means of PPT is introduced. A new quantitative approach is tested and discussed on concrete structures with defects of polystyrene and gas concrete.
Abstract
In the recent years the application of infrared thermography and especially its active approaches lock-in thermography, impulse themography and pulse phase thermography (PPT) has gained more importance for non-destructive testing (NDT). In this paper it is demonstrated that PPT is very well suited for NDT in civil engineering. The method is based on pulse heating of the investigated specimen and on the observation of the cooling down process on its surface with an infrared camera. The transient behaviour is afterwards analysed with Fast Fourier Transformation, enabling the creation of phase and amplitude images with enhanced visualisation of the defects. Results of European and National (i.e. DFG) funded projects are presented, for example the detection of voids and inhomogeneities close to the surface and the localisation of delaminations on plastered concrete and masonry specimen.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Vorhabens zur zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen wird in der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin (TUB) die Puls-Phasen-Thermografie (PPT) weiterentwickelt, bewertet und eingesetzt. Die durch die Impuls-Thermografie (IT) aufgenommenen Daten werden mittels Fast Fourier Transformation (FFT) bearbeitet. Die durch die FFT gewonnenen Phasenbilder reduzieren die Störeinflüsse von Oberflächeninhomogenitäten und ungleichmäßiger Erwärmung.
Die dargestellten Ergebnisse zeigen deutlich, dass sich die PPT sehr gut zur zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen eignet. Insbesondere Inhomogenitäten im oberflächennahen Bereich, wie Ablösungen und Hohlstellen hinter Beschichtungen (Putz, CFK-Laminate etc.), aber auch Defekte in größeren Tiefen können zuverlässig geortet und bildgebend dargestellt werden.
Das Impulsradarverfahren - ein Verfahren zur zerstörungsfreien Strukturaufklärung in Bauwerken
(2004)
Charakterisierung einer durch Überlast geschädigten GFK-Platte mit Thermografie und Ultraschall
(2013)
Eine GFK-Platte mit eingefräster Nut wurde in einem Zugversuch mit
ca. 90 kN belastet, was zu einer sichtbaren Veränderung an den Seitenflächen führte.
Anschließend wurde die Platte mit Ultraschall und Thermografie auf innere Schädigungen untersucht. Beide Verfahren konnten räumlich ausgedehnte Bereiche mit zahlreichen Anzeigen nachweisen, jedoch keine geschlossene Fläche. Mit UT wurden außerdem porenreiche oberflächennahe Schichten in dem Material detektiert. Diese Poren verringerten die Nachweisempfindlichkeit beider Messverfahren.
Anwendungsbreiche und Grenzen der Blitzthermografie - Entwicklung eines anwendungsnahen Standards
(2012)
Dieser Beitrag fasst die Untersuchungsergebnisse zu den Verfahrensgrenzen der Blitzthermografie zur Ortung und Charakterisierung von Fehlstellen in Metallen zusammen. Regeln zur Abschätzung von Eindringtiefe und Tiefenauflösung werden vorgestellt und überprüft. Weiterhin werden Vorgehensweisen zur Optimierung des Intensitätskontrastes von Fehlstellenanzeigen vorgestellt.
Einfache analytische Abschätzungen werden durch eine Vielzahl von experimentellen Untersuchungen an Kupfer- und Stahl-Probekörpern ergänzt. Dabei wurden sowohl die Parameter der Blitzlichtanregung als auch der Messwerterfassung umfassend variiert.
Infrared thermography
(2012)
Methoden der Dauerüberwachung von Gebäuden des kulturellen Erbes im Rahmen der Denkmalkonservierung
(2012)
We report on recent developments in the detection of surface breaking cracks using
flying laser spot thermography. Application of an infrared camera for mapping the
thermal radiation after excitation with a diode laser equipped with an optical scanner
allows us to examine a surface containing cracks in an entirely non-destructive,
contactless and fast way, without even moving the camera. We developed an efficient
and robust algorithm that can be applied directly to the recorded thermal sequences,
and that derives a single image containing all crack signatures. For this crack detection
technique, no specific synchronisation between laser and camera is required. Hence,
our approach is suitable for an upgrade of existing thermographic systems. The
feasibility of the proposed procedure is proven by testing an artificial test sample and a
piece of rail that comprises roll contact fatigue cracks and by comparing the results
with magnetic particle testing.
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.
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.
The paper presents numerical methods to detect and classify defects and inhomogeneities by means of active thermography. The objective is to determine the wall thickness of structure elements with an inaccessible back wall, for example, of pipes or Containers. As test specimens we used approximately 2 cm thick PVC samples with spatial variations in the back wall geometry. Flash lamps provided the heating. To know the thickness of the wall, we used two inversion methods and compared the results achieved. One is an iterative echo defect shape method and already tested on Steel test specimens with good reconstruction results. The second one is the Levenberg-Marquardt method, applied here to thermographic data for non-destructive testing. Since data capturing using active thermography and the presented numerical methods can easily be automated, the combination of these two procedures is a promising approach providing a broad area of application.
In dieser Arbeit wird ein kameragestütztes Verfahren zur Flying-
Spot-Thermografie vorgestellt. Die Anregung wird über einen Diodenlaser mit einem optischen Scanner realisiert. Bei der Auswertung kommt ein effizienter und robuster Algorithmus zum Einsatz, der direkt auf die mit der Kamera aufgenommene Thermografiesequenz angewendet werden kann, ohne auf eine
Synchronisation zwischen Kamera und Lasersystem angewiesen zu sein. Daher eignet sich diese Herangehensweise besonders zur Nachrüstung bestehender Thermografiesysteme.
Die prinzipielle Eignung dieser Methode wird anhand einer Messung an einem Schienenstück mit Rollkontaktermüdungsrissen gezeigt. Als Referenzverfahren werden die Magnetpulverprüfung und eine auf GMR (Giant Magnetoresistance)- Sensoren basierende Streufeldmessung herangezogen. Mit dem thermografischen Verfahren konnten sämtliche enthaltenen Fehler erkannt werden. Dabei wurden Risse im mm-Abstand getrennt nachgewiesen, was etwa der geometrischen Auflösung der eingesetzten Kamera entspricht.
Die aktive Thermografie wird in der Industrie zunehmend in verschiedenen Bereichen zur Qualitätssicherung, Zustandsdiagnose und Zustandsüberwachung eingesetzt. Bestehende Normen zur Thermografie beschreiben die Grundlagen, Geräte und Begriffe. In diesem Beitrag wird über ein Projekt berichtet, dessen Ziel die Erarbeitung einer Prüfnorm zur Blitzthermografie ist. Diese sollte neben der Auswahl geeigneter Gerätekomponenten, der Auswertungsverfahren und der Vorgehensweise bei der Prüfung auch die Beschreibung geeigneter Referenzprobekörper enthalten, die eine Bewertung der Messapparatur und eine Qualitätssicherung der Prüfung ermöglichen.
In diesem Beitrag werden numerische Verfahren zur Erkennung und Charakterisierung von Fehlstellen, Schichtdicken, Wanddicken und Inhomogenitäten mittels aktiver Thermografie vorgestellt. Eine uantitative Beurteilung der nicht immer zugänglichen Rückwand eines Bauteils (Minderdicken) ist durch Inversion thermografischer Messdaten möglich. Diese quantitativen Informationen können durch iterative Methoden vom Gauß-Newton-Typ (Inversion) gewonnen werden. Als reale Prüfobjekte werden ca. 2 cm dicke PVC-Platten mit örtlich variierender Rückwandgeometrie untersucht. Die Erwärmung erfolgt mit
Blitzlampen, welche die PVC-Platte kurzzeitig um mehrere K erwärmt. Ein wichtiger Teil der Inversion ist die Simulation des Experiments, welche mit Finite-Elemente-Methoden (FEM) in 2D realisiert wird. Da Inversion und active Thermografie automatisierbar sind, bietet die Kombination breite Anwendungsgebiete innerhalb der Industrie.
Vor allem in der Automobilindustrie wird das Widerstandpunktschweißen im großen Unfang zur Verbindung von Blechen im Karosseriebau verwendet. Durch den anhaltenden Trend zum Leichtbau und den immer höheren Anforderungen an die passive Sicherheit kommt es hier zu einem verstärkten Einsatz innovativer hochfester Stähle. Obwohl es sich beim Punktschweißen um ein lange erprobtes Verfahren handelt, das sich anhand der Prozessparameter und regelmäßiger zerstörender Prüfung überwachen lässt, ist durch diese Entwicklung die Suche nach geeigneten zerstörungsfreien Prüfverfahren wieder aktuell. Wegen der hohen Produktionsgeschwindigkeiten in der automatisierten Fertigung muss sich das Prüfverfahren für eine hundertprozentige Prüfung vollautomatisch mit der typischen Taktrate von etwa einem Hertz durchführen lassen.
In dieser Arbeit wird zuerst die prinzipielle Durchführbarkeit der thermografischen Prüfung von Punktschweißverbindungen an speziell präparierten Proben überprüft. Auf dieser Grundlage wird eine Serienuntersuchung an 75 Proben, die sich auf drei Gruppen von Schweißparametern aufteilen und neben optimal geschweißten Proben typische Fehlerbilder repräsentieren, eine Serienuntersuchung gezeigt. Hierzu wird eine Blitzlichtanregung in Transmissionsanordnung verwendet.
Es kann gezeigt werden, dass sich mit einer geeigneten Datenaufbereitung die einzelnen Gruppen sicher trennen lassen. Durch eine statistische Bewertung der Ergebnisse kann unter Verwendung eines angepassten Gütekriteriums die Trennschärfe noch deutlich erhöht werden.
In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten der Ortung von Fehlstellen in Cu Lötverbindungen unterhalb verschiedener Cu Blechdicken mit aktiver Thermografie demonstriert. Dabei wurden die Anregung mit Blitzlicht und die periodische Anregung mit der Lock-In Technik miteinander verglichen. Die Vor- und Nachteile der Anwendung unterschiedlicher IR-Kamerasysteme, einer gekühlten InSb-Quantendetektor IR-Kamera und einer Mikrobolometer IR-Kamera, werden dargestellt. Als objektives Kriterium wurde das SNR für unterschiedliche Fehlstellengrößen herangezogen.
In this contribution, the authors present the results of a project which involves the
development of a testing standard for flash thermography. In addition to the standardization of
the selection of appropriate equipment and procedures for testing and data analysis, the new
standard will provide suitable reference test specimens for several materials, including CFRP
as used in aerospace applications with typical flaws. We will particularly consider these test
specimens which should enable qualification of the equipment as well as the validation of the
flash thermography method for CFRP in general.
Pulse thermography is a non-destructive testing method based on infrared imaging of transient thermal patterns. Heating the surface of the structure under test for a short period of time generates a non-stationary temperature distribution and thus a thermal contrast between the defect and the sound material. In modern NDT, a quantitative characterization of hidden imperfections in materials is desired. In particular, defect depth and shape are of interest. The reconstruction of the defect from thermography data is a nonlinear inverse problem, and ill-posed. We propose an algorithm for the identification of subsurface defects based on the travel time of the reflected thermal pulse. Our work extends results by Lugin and Netzelmann, taking lateral thermal flows directly into account while retrieving the defect depth. This requires significantly less computational work. Quantitative information about the defect shape and depth is obtained. Application of our method to both thermography data generated by a finite element simulation and experimental heating of PVC test specimens with different defects yields good reconstruction of the actual defects.
Untersuchungen zur 2D- und 3D-Rekonstruktion von Rückwandgeometrien in der Impuls-Thermografie
(2012)
Aufbau eines historischen Mauerwerkskörpers ("Obelix") zur Bewertung von zerstörungsfreien Verfahren
(2004)
Zusammenfassung
Auf dem Gelände der BAM entstand im Frühjahr 2003 ein Probekörper, der die Verbindung bildet zwischen Laborprüfkörpern und realen Bauwerken aus Mauerwerk. Er dient der Validierung und Weiterentwicklung von zerstörungsfreien Prüfverfahren zur Untersuchung von historischem Mauerwerk. Dabei wurde große Sorgfalt auf die Materialauswahl und den strukturellen Aufbau gelegt. Die Materialien sollten denen von realen, historischen Bauwerken entsprechen. Der strukturelle Aufbau ergibt sich aus praxisrelevanten Fragestellungen. Der Probekörper steht auch anderen Arbeitsgruppen für Verfahrensvalidierungen zur Verfügung.