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Der Wandel von der aktuellen Automation zum smarten Sensor ist im vollen Gange. Automatisierungstechnik, sowie die Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) verschmelzen zunehmend. Eine Topologie für smarte Sensoren, die das Zusammenwirken mit daten- und modellbasierten Steuerungen bis hin zur Softsensorik beschreibt gibt es bis heute jedoch noch nicht. Um zu einer störungsfreien Kommunikation aller Komponenten auf Basis eines einheitlichen Protokolls zu kommen sollte die Prozessindustrie die Weichen für eine smarte und sichere Kommunikationsarchitektur stellen. Sie verwehrt stattdessen die Entwicklungen ihrer Zulieferer und wartet lieber ab. Der Beitrag greift die Anforderungen der Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 4.0“ auf und zeigt Möglichkeiten zu ihrer Realisierung am Beispiel eines Online-NMR-Analysators, der im Rahmen eines EU-Projekts entwickelt wurde.
Monitoring specific chemical properties is the key to chemical process control. Today, mainly optical online methods are applied, which require time- and cost-intensive calibration effort. NMR spectroscopy, with its advantage being a direct comparison method without need for calibration, has a high potential for closed-loop process control while exhibiting short set-up times. Compact NMR instruments make NMR spectroscopy accessible in industrial and rough environments for process monitoring and advanced process control strategies.
We present a fully automated data analysis approach which is completely based on physically motivated spectral models as first principles information (Indirect Hard Modelling – IHM) and applied it to a given pharmaceutical lithiation reaction in the framework of the European Union’s Horizon 2020 project CONSENS. Online low-field NMR (LF NMR) data was analysed by IHM with low calibration effort, compared to a multivariate PLS-R (Partial Least Squares Regression) approach, and both validated using online high-field NMR (HF NMR) spectroscopy.
A further improvement of the excellent properties of UHPC can be realized with thermal Treatment. Like for normal concrete, it accelerates the hardening and prevents shrinkage after the treatment. Additionally, an increase in strength can be achieved. Aim of this study was the optimisation of the thermal Treatment conditions of UHPC for very different Treatment methods; heat Treatment at 90 °C for unprotected and sealed samples, hot water bath at 90 °C and hydrothermal Treatment at 185 °C/1.1 MPa. The pre-storage time and the dwell time were systematically varied for each method to gain a higher strength. The compressive strength depends on the manner of Treatment at which higher water accessibility leads to higher strengths. The Phase composition changes considerably with different Treatment tempereatures. Finally, it can activate unhydrated binder components forming additional C-S-H, leading to higher strength.
Digitale Zwillinge werden zukünftig ein integraler Bestandteil des Erhaltungsmanagements von Verkehrsbrücken sein. In diesem Beitrag wird argumentiert, dass sie nicht nur als digitale Abbilder physikalischer Bauwerke verstanden werden sollten, sondern als eine umfassende digitale Methode, die durch die Integration von Datenerfassung, Erhaltungsmaßnahmen, Datenmanagement, Bauwerksbewertung und Entscheidungsunterstützung die Bauwerksüberwachung und ‐erhaltung verbessert. In diesem Zusammenhang wird betont, dass der Übergang von der reaktiven zur prädiktiven Erhaltung durch den Einsatz von Digitalen Zwillingen nur dann realisierbar ist, wenn neben den erforderlichen diagnostischen und prognostischen Zustandsanalysen auch Methoden zur Optimierung von Entscheidungen über Datenerfassung und Erhaltungsmaßnahmen implementiert werden. Zur Veranschaulichung der Diskussion werden in diesem Beitrag exemplarisch zwei Bestandteile eines Digitalen Zwillings für das Erhaltungsmanagement von Verkehrsbrücken am Beispiel einer Eisenbahnbrücke demonstriert. Dabei wird zum einen gezeigt, wie Monitoringdaten mittels eines Datenmanagementsystems strukturiert verwaltet und für angeknüpfte Analysen bereitgestellt werden. Zum anderen erfolgt im Rahmen einer bauwerksspezifischen Einwirkungsermittlung eine Zugidentifikation anhand von gemessenen Schwellenschwingungen.
Die Infrastruktursysteme der Industriestaaten erfordern heute und in Zukunft ein effizientes Management bei alternder Bausubstanz, steigenden Lasten und gleichbleibend hohem Sicherheitsniveau. Digitale Technologien bieten ein großes Potenzial zur Bewältigung der aktuellen und künftigen Herausforderungen im Infrastrukturmanagement. Im BMBF-geförderten Projekt Bewertung alternder Infrastrukturbauwerke mit digitalen Technologien (AISTEC) wird untersucht, wie unterschiedliche Technologien und deren Verknüpfung gewinnbringend eingesetzt werden können. Am Beispiel der Maintalbrücke Gemünden werden ein sensorbasiertes Bauwerksmonitoring, bildbasierte Inspektion mit durch Kameras ausgestatteten Drohnen (UAS) und die Verknüpfung digitaler Bauwerksmodelle umgesetzt. Die aufgenommenen Bilder dienen u. a. als Grundlage für spätere visuelle Anomaliedetektionen und eine 3D-Rekonstruktion, welche wiederum für die Kalibrierung und Aktualisierung digitaler Tragwerksmodelle genutzt werden. Kontinuierlich erfasste Sensordaten werden ebenfalls zur Kalibrierung und Aktualisierung der Tragwerksmodelle herangezogen. Diese Modelle werden als Grundlage für Anomaliedetektionen und perspektivisch zur Umsetzung von Konzepten der prädiktiven Instandhaltung verwendet. Belastungsfahrten und historische Daten dienen in diesem Beitrag der Validierung von kalibrierten Tragwerksmodellen.
The Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) collaborates with TNO to develop a software framework for automated calibration of structural models based on monitoring data. The ultimate goal is to include such models in the asset management process of engineering structures. As a basis for developing the framework, a multi-span road bridge consisting of ten simply supported steel box girders was selected as a test case. Our group measured output-only vibration data from one box girder under ambient conditions. From the data, we determined eigenfrequencies and mode shapes. In parallel, we developed a preliminary structural model of the box girder for the purpose of predicting its modal properties. In this contribution, we provide an overview of the measurement campaign, the operational modal analysis, the structural modeling and qualitatively compare the identified with the predicted modes. As an outlook, we discuss the further steps in the calibration process and future applications of the calibrated model.
Managing aging engineering structures requires damage identification, capacity reassessment, and prediction of remaining service life. Data from structural health monitoring (SHM) systems can be utilized to detect and characterize potential damage. However, environmental and operational variations impair the identification of damages from SHM data. Motivated by this, we introduce a Bayesian probabilistic framework for building models and identifying damage in monitored structures subject to environmental variability. The novelty of our work lies (a) in explicitly considering the effect of environmental influences and potential structural damages in the modeling to enable more accurate damage identification and (b) in proposing a methodological workflow for model‐based structural health monitoring that leverages model class selection for model building and damage identification. The framework is applied to a progressively damaged reinforced concrete beam subject to temperature variations in a climate chamber. Based on deflections and inclinations measured during diagnostic load tests of the undamaged structure, the most appropriate modeling approach for describing the temperature‐dependent behavior of the undamaged beam is identified. In the damaged state, damage is characterized based on the identified model parameters. The location and extent of the identified damage are consistent with the cracks observed in the laboratory. A numerical study with synthetic data is used to validate the parameter identification. The known true parameters lie within the 90% highest density intervals of the posterior distributions of the model parameters, suggesting that this approach is reliable for parameter identification. Our results indicate that the proposed framework can answer the question of damage identification under environmental variations. These findings show a way forward in integrating SHM data into the management of infrastructures.
This paper summarizes the key findings and physical mechanisms and provides information on open questions and the assessment of railway bridge superstructure vibrations. Bridges are classic disruption points on a railway track. If bridge superstructures are dynamically excited by train traffic, the vertical accelerations of the track must be considered. For a ballasted track, this can lead to the destabilization of the ballast track, as the bridge superstructure acts like a vibrating table. In this respect, the paper explains in more detail what is meant by destabilization, when this destabilization occurs and how various influencing parameters such as acceleration amplitude, the vibration sequence and frequency affect its occurrence. In the InBridge4EU project, gaps in knowledge such as the effect of single impulse loads are being investigated experimentally. A new test facility has been set up for this purpose, the initial results of which are presented here. An essential element in the assessment of this scenario is the stability of the track under high compression forces with simultaneous dynamic excitation of the superstructure. A new approach for the assessment of bridge vibrations with respect to lateral stability is presented.
Strukturmonitoring kann wertvolle Daten für die Zustandsbewertung und Schadensdetektion von Infrastrukturbauwerken liefern. Umgebungsbedingungen wie die Temperatur beeinflussen die Bauwerke und somit die Messdaten jedoch erheblich. Um Methoden für den Umgang mit Temperatureinflüssen zu entwickeln, wurden an der BAM Versuche an Stahlbeton- und Asphaltbalken unter kontrollierten Temperaturen von -40 °C bis 60 °C und definierten Schädigungen durchgeführt. Die Daten ermöglichen die Erforschung und Validierung neuer, auch unter Temperatureinfluss zuverlässiger Methoden des Strukturmonitorings.
