8 Zerstörungsfreie Prüfung
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Bei der zerstörungsfreien Prüfung verlegter Eisenbahnschienen werden die Rohdaten derzeit in proprietären Datenformaten gespeichert und auf Datenträgern zwischen den Prüfzügen und den auswertenden Stellen versendet. Die proprietären Datenformate sind in der Regel nur den Herstellern der Prüfsysteme bekannt und deren Dokumentation nicht allgemein zugänglich.
Das Forschungsprojekt „Artificial Intelligence for Rail Inspection“ (AIFRI) erfordert den Austausch von Prüfdaten in einem offenen Format sowohl zwischen den Projektpartnern als auch die Veröffentlichung anonymisierter Daten ausgewählter Strecken aus dem Offenen Digitalen Testfeld (ODT). Wir haben uns in dem Projekt für die Verwendung der „Standard Practice for Digital Imaging and Communication in Nondestructive Evaluation“ (DICONDE) entschieden. DICONDE basiert auf dem medizinischen Standard „Digital Imaging and Communication in Medicine“ (DICOM) und wurde von ASTM an die ZfP angepasst. DICOM bzw. DICONDE ist nicht nur ein Datenformat, sondern beinhaltet auch Kommunikationsschnittstellen für die Auftragsvergabe, Datenübertragung und Abfrage gespeicherter Datensätze aus einem Archiv.
In dem Vortrag werden DICOM und DICONDE vorgestellt, sowie die Verwendung von DICONDE für die Schienenprüfung im Projekt AIFRI näher erläutert. Es wird gezeigt, wie sich Prüfdaten, Prüfparameter, Streckeninformationen incl. Kilometertafeln und Geokoordinaten und Befunde in DICONDE kodieren lassen.
A systematic, nature-inspired chemical engineering approach is employed to solve the issue of flooding in electrochemical devices. The mechanism of passive water transport utilized by lizards living in arid environments is leveraged to design flow-fields with a microchannel structure on their surface, through which capillary pressure rapidly removes the water generated in the electrochemical device. This water management strategy is implemented in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) with a lunginspired flow-field, which ensures uniform distribution of reactants across the catalyst layer. Jointly, this nature-inspired approach results in flood-free, stable operation at 100% RH and a B60% increase in current (B1.9 A cm-2) and peak power density (B650 mW cm−2) compared to current PEMFCs with a flood-prone, serpentine flow-field (B0.8 A cm-2 and 280 mW cm-2, respectively). This significant advance allows for PEMFC operation at fully humidified conditions.
Machbarkeitsstudie zur Zustandserfassung von Spannbetonschwellen mit dem Ultraschallverfahren
(2024)
Das niederfrequente Ultraschallverfahren zur zerstörungsfreien Zustandserfassung von Stahlbetonkomponenten findet im Bauwesen umfangreiche Anwendung. Multistatische Arrays sind am Markt verfügbar und ausgelegt für die Prüfung großflächiger Betonstrukturen. In einer Machbarkeitsstudie wird überprüft, ob eine Zustandserfassung an schlanken Spannbetonschwellen möglich ist. B70-Schwellen und B90-Weichenschwellen wurden hierfür im Labor, im Schienennetz und während der Wiederaufbereitung mit dem Ultraschallverfahren untersucht. Fokus ist die Detektion von Sickenrisse, Kopfrissen und Treibrissen im Bereich des Schwellenkopfes.
Die rekonstruierten Ultraschalldaten zeigen für intakt-klassifizierte Schwellen ein reproduzierbares Rückwandecho und weitere Reflexionen an den Schwellenaußenkanten. Die Ausprägung der Amplitude variiert je nach Degradation durch Belastung und Verwitterung. Defekt-klassifizierte Schwellen mit z. B. Kopfrissen oder unterseitigen Abplatzungen unterscheiden sich im Signalbild deutlich durch oberflächennahe Reflexionen bzw. verschobene Rückwandechos. Basierend auf den untersuchten Schwellen zeigt die Machbarkeitsstudie, dass eine zerstörungsfreie Zustandserfassung mit Hilfe des Ultraschallverfahrens grundsätzlich möglich ist.
Related work
Laboratory Study:
Combining Signal Features of Ground-Penetrating Radar to Classify Moisture Damage in Layered Building Floors
https://doi.org/10.3390/app11198820
On-Site Study:
TBA
Doctoral Thesis:
Non-destructive classification of moisture deterioration in layered building floors using ground penetrating radar
https://doi.org/10.14279/depositonce-19306
Measurement Parameters
The GPR measurements were carried out with the SIR 20 from GSSI and a 2 GHz antenna pair (bandwidth 1 GHz to 3 GHz) in common-offset configuration. Each B-Scan consists of N A-Scans, each including 512 samples of a 11 ns time window. Survey lines were recorded with 250 A-Scans/ meter, which equals a 4 mm spacing between each A-Scan No Gains were applied.
Folder Description:
Lab_dry, Lab_insulDamage, Lab_screedDamage
- each contain 168 Measurements (B-Scans) in .csv on 84 dry floors, floors with insulation damage and screed damage.
- each floor setup was measured twice on two orthogonal survey lines, indicated by _Line1_ and _Line2_ in the file name.
- the file names encode the building floor setup e.g. CT50XP100 describes a 50 mm cement screed with 100 mm extruded polystyrene below
- the material codes are
CT: cement screed, CA: anhydrite screed, EP: expanded polystyrene, XP: extruded polystyrene, GW: glass wool, PS: perlites
further information can be found in the publication https://doi.org/10.3390/app11198820
OnSite_
- 5 folders containing B-Scans on 5 different practical moisture damages
- the building floor setup is encoded according to the lab with an additional measurement point numbering at the start and a damage case annotation at the end of the file name with _dry, _insulationDamage and_screedDamage
File Description:
B-Scans, Measurement files - no header
- dimension: 512 x N data point with N beeing the number of A-Scans including 512 samples of a 11 ns time window.
- survey lines were recorded with 250 A-Scans/ meter, which equals a 4 mm spacing between each A-Scan
Moisture References
- Moist_Reference of On-Site Locations include the columns MeasPoint: Measurement point, wt%Screed: moisture content of screed layer in mass percent; wt%Insul: moisture content of insulation layer in mass percent. References were obtained by drilling cores with 68 mm diameter in the center of each survey line.
- Moist_Reference_Screed of Lab data include the columns Screed: Screed material and thickness in mm, wt%Screed moisture content of screed layer in mass percent
- Moist Reference_Insul of Lab data include the columns Insulation: Insulation material and thickness in mm, water addition in l: water added to the insulation layer in liters, V%Insulation: water added to the insulation layer in volume percent, RH%: resulting relative humidy in the insulation layer during measurement. These References are only avaible for Lab measurements on insulation damages.
Entwicklung einer flexiblen Datenablage zur sicheren Speicherung von Bauwerksdaten - "CASPAR"
(2024)
Bestandsunterlagen von älteren Bauwerken sind bezüglich einer rechnerischen Zustandsbewertung häufig nur in einem unzureichenden Umfang verfügbar. Dies gilt sowohl für den privaten als auch für den öffentlichen Bereich. Der Wert von Bestandsunterlagen für Gebäude oder Brücken ist Vielen nicht bekannt. Soll jedoch der aktuelle Zustand von Bauwerken bewertet, sollen Restlebensdauern abgeschätzt oder soll umgebaut werden, stellen Bestandsunterlagen die Grundlage dafür dar. Liegen diese nicht vor, so muss die Bauweise des Bauwerkes kostenintensiv nachvollzogen und mit nachträglichen Untersuchungsverfahren bewertet werden. Vor allem ist dies darauf zurückzuführen, dass die Aufbewahrung der Bestandsunterlagen dem Bauherrn obliegt und diese meist in Papierform vorliegen und dann bei Umzügen, Betriebsschließungen, Eigentümerwechsel etc. verloren gehen.
Die Digitalisierung im Bauwesen bietet hier Möglichkeiten diese Probleme künftig zu vermeiden. Bereits heute nimmt die digitale Planung im Bauwesen eine immer größere Rolle ein. Mehr und mehr Bauvorhaben werden schon jetzt in sogenannten BIM Modellen (Building Information Modelling) geplant. Um die Akzeptanz einer digitalen Lösung zu gewährleisten muss die Vertrauenswürdigkeit von Daten auch langfristig garantiert sein. Naturgemäß unterliegen Erkenntnisse, die aus Daten gewonnen werden, häufig vielen Prozessschritten mit unterschiedlichen Beteiligten. Es lässt sich vor dem Hintergrund der üblichen Lebensdauern von Bauwerken leicht erkennen, dass es schwierig ist diese Prozesskette, von der Datenerhebung bis zur teilweise jahrzehnte späteren Nutzung, beweissicher und rückführbar zu gestalten. Diese Attribute sind es aber, die die Vertrauensbasis für die Qualität und somit auch die Akzeptanz von digitalisierten Daten bilden. Im Projekt „CASPAR“ erarbeiten wir eine mögliche technologische Grundlage, um Bauwerksdaten langfristig und manipulationssicher zu speichern.
Wir präsentieren unsere Forschungsergebnisse zur Entwicklung eines faseroptischen Sensorsystems mit polymeroptischen Fasern integriert in Geokunststoffe für die Überwachung von geotechnischen Anlagen. Das Sensorsystem dient der räumlichen Auflösung lokaler Dehnungsereignisse im für Anwender signifikanten Größenordnungsbereich von 3 % bis 10 %. Das gesamte Sensorkonzept besteht aus einem praxistauglichen Messsystem basierend auf der digitalen inkohärenten optischen Frequenzbereichsreflektometrie (I-OFDR) und einer Sensormatte in Form eines Geotextils mit integrierten faseroptischen perfluorierten polymeroptischen Fasern (PF-POFs).
Distributed fiber optic sensors for structural health monitoring of composite pressure vessels
(2024)
In diesem Beitrag geben wir einen umfassenden Überblick über unsere Forschung auf dem Gebiet der verteilten faseroptischen Sensorik für die strukturelle Zustandsüberwachung von Wasserstoffdruckbehältern aus Verbundwerkstoffen. Insbesondere zeigen wir, wie die Integration von faseroptischen Sensoren in Druckbehälter aus Verbundwerkstoffen die Sicherheit erhöht und gleichzeitig die Wartungskosten senkt. Die geringe Größe von Lichtwellenleitern ermöglicht ihre Integration in Verbundwerkstoffstrukturen während des Herstellungsprozesses, wodurch eine kontinuierliche Überwachung sowie eine präzise Erkennung und Lokalisierung von Strukturschäden während des Betriebs der Druckbehälter ermöglicht wird. Wir erörtern auch das Potenzial modernster Signalverarbeitungsmethoden und des maschinellen Lernens für die Weiterentwicklung der vorausschauenden Instandhaltung. Die von uns vorgestellten Anwendungen von faseroptischen Sensoren zeigen, dass sie einen wichtigen Beitrag zur Energiewende hin zu erneuerbaren Energien leisten können.
A novel distributed acoustic sensing technique is proposed that exploits both phase and amplitude of the Rayleigh backscattered light to quantify the environmental variation. The system employs a wavelength-scanning laser and an imbalanced Mach-Zehnder interferometer to acquire the reflection spectra and the phase of the detected light, respectively. Fading-free and low-frequency measurements are realized via the crosscorrelation of the reflection spectra. The discrete crosscorrelation is used to circumvent the nonlinear frequency sweeping of the laser. Based on the phase of the backscattered light, it is possible to quantify fast environmental variations. The whole system requires no hardware modification of the existing system and its functionality is experimentally validated. The proposed system has the potential to monitor ground motion/movement at very low frequency band like subsidence around mining areas and at high frequency band like earthquakes and vibrations induced by avalanches.
Relevant, abgesichert, vergleichbar – ZfP-Ergebnisse bei der Zuverlässigkeitsbewertung von Bauwerken
(2024)
Die Nachrechnung, d. h. die Zuverlässigkeitsbewertung von bestehenden Brücken, ist aufgrund der alternden Infrastruktur und sich verändernden Anforderungen an die Bauwerke eine fortwährend große Herausforderung in Wissenschaft, Praxis und Standardisierung. Ein wesentlicher Vorteil bei der Nachrechnung besteht gegenüber dem Neubauentwurf in der Möglichkeit, Informationen über den tatsächlichen Zustand der Bauwerke zu erheben – im Idealfall ohne wesentliche destruktive Eingriffe in die Bausubstanz. Deren Verwendung bei der Zuverlässigkeitsanalyse dient der Zuschärfung von Berechnungsmodellen und ermöglicht realitätsnähere Bauwerksbeurteilungen. Die Einbeziehung von Messdaten bei der Zuverlässigkeitsbewertung setzt jedoch voraus, dass die Qualität der gemessenen Informationen bekannt und deren Vergleichbarkeit sichergestellt ist. Darüber hinaus sollte die Relevanz der messbaren Informationen beziffert werden, um wirtschaftliche Inspektionen am Bauwerk gezielt durchführen zu können.
In diesem Beitrag wird am Beispiel von Ultraschall- und Radarmessungen an einer Spannbetonbrücke gezeigt, wie ZfP-Ergebnisse bei der Zuverlässigkeitsbewertung von Bestandsbauwerken mit probabilistischen Methoden genutzt werden können. Betrachtet werden innere geometrische Abmessungen wie die Lage der Bewehrung oder von Spanngliedern. Die Relevanz der messbaren Informationen wird anhand von Sensitivitätsanalysen beziffert. Messunsicherheitsbetrachtungen dienen der Bezifferung der Qualität der gemessenen Informationen und der Gewährleistung deren Vergleichbarkeit. Abschließend werden die möglichen Auswirkungen der Berücksichtigung von ZfP-Ergebnissen auf die Bauwerkszuverlässigkeit in einem Nachweis einer Spannbetonbrücke gemäß Eurocode demonstriert.