Structural Health Monitoring

Structural Health Monitoring (SHM) mit geführten Wellen (z. B. Lamb Wellen) ist ein Verfahren für die strukturintegrierte Zustandsüberwachung. Die Wellen werden typischerweise durch ein Netzwerk aus fest auf einem plattenförmigen Prüfkörper applizierten piezoelektrischen Wandlern (vgl. Abbildung 1) angeregt und an anderer Stelle wieder empfangen. Frequenzabhängig treten verschiedene Moden auf, die sich im allgemeinen Fall dispersiv, anisotrop und inhomogen im Prüfkörper ausbreiten. Sie interagieren dabei mit allen strukturellen Unstetigkeiten durch Reflektion, Brechung, Beugung und Modenkonversion. Aus den punktuellen Informationen (A-Bilder) des Sensornetzwerks können durch eine geeignete Signalverarbeitung Rückschlüsse über den Zustand des Bauteils gezogen werden.

Abb. 1: CFK-Platte mit Stringern und appliziertem SHM Sensornetzwerk

In Abbildung 2 ist eine Gegenüberstellung der Befunde einer Prüfung mit geführten Wellen und der wassergekoppelten Impuls-Echo-Prüfung einer CFK-Platte gegeben. Das obere Bild zeigt das Wellenfeld bei 200 kHz, etwa 44 µs nach der Anregung an. Im unteren Bild ist das C-Bild des Fehlerechos einer wassergekoppelten Prüfung mit 10 MHz abgebildet. Die 6 mm große Flachbodenbohrung bei x = 210 mm und y = 280 mm ist bei beiden Verfahren deutlich erkennbar.

Abb. 2: Gegenüberstellung von geführten Wellen (oben) und des C-Bildes einer wassergekoppelten Prüfung mit 10 MHz (unten) in einer CFK-Platte

Das Verfahren erlaubt eine kosten- und zeiteffiziente Prüfung sicherheitsrelevanter Bauteile. Indem das Sensornetzwerk dauerhaft am Bauteil verbleibt, muss dieses nicht für eine Untersuchung demontiert werden. Je nach Einsatzbedingungen können Bauteile sogar online im Betrieb geprüft werden.