Schadensdetektion mithilfe elektromechanischer Impedanzspektren - Entwicklung und Validierung einer zerstörungsfreien Strukturüberwachung

Im Rahmen eines kooperativen Forschungsprojekts der Universität Siegen zwischen der Arbeitsgruppe Technische Mechanik (ATM) des Departments Maschinenbau und des Lehrstuhls Stahlbau und Stahlverbundbau des Departments Bauingenieurwesen wurde eine Methode zur zerstörungsfreien Schadensdetektion an Schrauben und Bolzen entwickelt und auf ihre grundsätzliche Anwendbarkeit hin überprüft. Die Methode basiert auf der Messung von elektromechanischen Impedanzspektren, welche sich bei variierenden Strukturzuständen ändern und so eine Zustandsbewertung ermöglichen. Die Untersuchungsmethode könnte bspw. im Monitoring von Brückenbauwerken etabliert werden.
Im Zuge des Projekts wurden Untersuchungen an Stahlplatten mit orthogonal aufgeschweißten Gewindebolzen durchgeführt. Um bei den Probekörpern das generelle Verhalten von elektromechanischen Impedanzspektren bei unterschiedlichen Zuständen festzustellen, wurden Voruntersuchungen gemacht. Hierbei ist eine gegenläufige Entwicklung der untersuchten Frequenzspektren unter den Einwirkungen “Vorspannung” und “Sägeschnitt am Bolzenfuß” festgestellt worden. Nachfolgend durchgeführte zyklische Versuche haben schließlich die Anwendbarkeit des Verfahrens gezeigt. Im Beitrag werden erste Versuchsergebnisse vorgestellt und darüber hinaus wird die Anwendbarkeit der Messmethodik für das Bauwerksmonitoring diskutiert.

Damage detection using electromechanical impedance spectra - development and validation of a non-destructive structure monitoring system
Within a cooperational project of the University of Siegen between the “Applied Mechanics Group” (ATM) of the Department of Mechanical Engineering and the chair “Steel Construction and Composite Steel Construction” of the Department of Civil Engineering, a new monitoring method for non-destructive damage detection on bolts was developed and tested according to its applicability on real life structures. The method is based on the measurement of electromechanical impedance spectra, which change varying influences on the structure. Therefore this method is suitable for identification of the structural state. The investigation method could be established in the monitoring of bridge structures.
The investigations were carried out on threaded bolts welded onto steel plates. In order to determine the general behaviour of the electromechanical impedance spectra of the test specimens under varying conditions, preliminary investigations were carried out. The expected opposite development of the spectra under the influence of varying preloads and saw cuts was determined. The fatigue experiments which were carried out subsequently have shown the applicability on real life structures. In the article first experimental results are presented and the applicability of the measurement methodology for structural monitoring is discussed afterwards.