Schadenslokalisation und Zustandsidentifikation auf Basis unscharfer Beobachtungen mit H-unendlich-Schätz- und Subspace-Methoden im Lebenszyklus instationärer, mechanischer Strukturen unter ambienter Anregung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Armin Lenzen
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 350257805

Mit Hilfe der Krein-Raum basierten H-unendlich-Schätztheorie wurde in vorausgegangen Studien eine neue Vorgehensweise zur Schadenslokalisation und Zustandsidentifikation mit dem Namen State Projection Estimation Error (SP2E) entwickelt. Krein-Raum basierte Schätzer sind in der Strukturdynamik, Schadenslokalisation und Zustandsidentifikation nicht bekannt. In der Methode SP2E werden keine Bilanzgleichungen, Materialgesetze, kinematische Formulierungen oder chemische Prozessmodelle angewendet, sondern es wird ein inverses Problem (systemtheoretische Black-Box) gelöst. Basis ist die Zerlegung einer mehrdimensionalen Popov-Funktion in Verbindung mit einem gekoppelten Zustandsraummodell als Prozessmodell. Über die algebraische Methode der schiefen Projektionen kann darauf aufbauend im Zustandsraum ein eindeutiger Parameter als Schadens-Indikator und -Lokalisator theoretisch abgeleitet werden. Die Methode arbeitet prinzipiell (hart) echtzeitfähig. Ingenieurorientiert wird eine Prozess-Schätzfehlerleistung als Indikator und Bewertungsmaß für die Schadenslokalisation gewählt. Die SP2E-Methode wurde prototypisch mehrfach in Laborversuchen an einem realen mechanischen System unter ambienter Erregung mit sehr guten Ergebnissen erprobt. Vor diesem sehr positiven Hintergrund, soll die neue Methodik SP2E in Theorie und Anwendung weiterentwickelt und untersucht werden.Die eingesetzten H-unendlich-Schätzer ermöglichen die theoretische Behandlung sowohl deterministischer als auch stochastischer Strukturerregungen. Sehr vorteilhaft bei der System- und Schadensidentifikation großer mechanischer Strukturen ist die ambiente Anregung. Methodisch ist hervorzuheben, dass die eingesetzte multisensorielle, prozessorientierte Modellbildung ohne Kenntnis einer Anregung der mechanischen Struktur, nur durch Messungen der Strukturantwort erfolgen kann.In dem geplanten Projekt wird die H-unendlich-Theorie in die Schadenslokalisation und Zustandsidentifikation eingeführt und validiert. Hier werden u.a. Ansätze zur Anwendung gemischter H-2/H-unendlich-Schätzverfahren, sowie Square-Root Verfahren untersucht. Dabei sind große Entwicklungen zu erwarten, da diese in der Schadenslokalisation und Zustandsidentifikation neu sind.Ein zentraler Bestandteil des Projekts ist die theoretische Weiterentwicklung der Methode SP2E sowie die experimentelle Verifikation dieser. Hierbei wird die Güte der Schadenslokalisation unter Störeinflüssen und Umgebungs- und Betriebsbedingungen validiert. Es wird mit Laborversuchen begonnen. Darauf aufbauend werden Langzeitversuche auf einer Freiflächenversuchsanlage durchgeführt. Hier ist der Einfluss der kontinuierlich verändernden Umgebungsbedingungen (z.B. Wechsel der Anregung (Wind), Temperatur) auf das numerisch identifizierte Strukturverhalten zur Schadenslokalisation zu berücksichtigen. Weiterhin werden, in Vorbereitung auf industrielle Anwendungen, Pilotstudien an komplexe Strukturen (z.B. Brücken, Windenergieanlagen) durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen