Korrelation von Schallemissions-Signalmustern und Werkstoffschädigung bei wiederholter, plastischer Beanspruchung von Baustahl
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Auch wenn die Beanspruchungen eines Werkstoffs unterhalb seiner Festigkeit liegen, kann bei wiederholter Belastung ein Versagen durch Ermüdung eintreten. Soll die noch zu erwartende Lebensdauer eines zyklisch beanspruchten Bauteils bestimmt werden, so müssen Kenntnisse über den bereits enthaltenen Schaden vorhanden sein. Fehlt diese Information, so können nur auf der sicheren Seite liegende Annahmen getroffen werden, welche die rechnerische Lebensdauer eines Bauteils beträchtlich reduzieren und dadurch unter Umständen unnötig hohe Kosten durch vorzeitige Erhaltungs- oder Ersatzmaßnahmen verursachen. Ein wesentlicher Punkt im linken, blauen, sog. Anamnese-Bereich ist die Ermittlung des sogenannten inhärenten Schadens, d.h. eines Schaden oder ein Schädigungszustand, der dem Bauwerk oder dem Bauteil z.B. durch seine planmäßige Nutzung eingeprägt ist. Dies kann, allgemein gesehen, ein Anprallschaden, ein Brandschaden oder auch ein Korrosionsschaden sein. Die genannten Schadensformen sind jedoch zum großen Teil auf der makroskopischen Ebene deutlich erkennbar, so dass hier Untersuchungen mit bekannten Methoden zum Ziel führen. Schwieriger wird die Lösung, wenn auch von außen unsichtbare Schäden erkannt werden sollen. Hierzu gehören z.B. Ermüdungsrisse auf Mikroebene, Delamination von Verbundmaterialien oder die Korrosion von Bewehrung in Massivbauteilen. Im Rahmen des Vorhabens wurde der Begriff noch weiter eingeschränkt: Als inhärenter Schaden wird bezeichnet, wenn eine Schädigung auf der Mikro- oder Mesoebene vorliegt, die für sich genommen, die Tragfähigkeit oder die Gebrauchstauglichkeit eines Bauteils noch nicht einschränkt, die jedoch Auslöser oder Voraussetzung eines Schadens auf der Makroebene sein kann. Den inhärenten Schaden an Baustahl zu bestimmen ist problematisch, da die Schädigung zunächst in Form irreversibler Versetzungen und Mikrorissen auf der Mikroebene erfolgt. Auswirkungen auf makroskopisch messbare Größen zeigen sich erst relativ spät. So lassen sich für Baustahl Veränderungen des Elastizitätsmoduls und der aufnehmbaren Kraft erst nach ca. 90 % der Lebensdauer nachweisen. Im Vorhaben sollte die Einsatzmöglichkeit der Schallemissionsanalyse zur Detektion eines Mikroschadens grundsätzlich untersucht werden. Die beim Mikroschaden auftretende Gleitlinienbildung, Rissentstehung und Risswachstum werden von Schallemissionen begleitet, deren Signal-Analyse zur Identifizierung des jeweils ablaufenden Prozesses dienen soll. Es ist zurzeit nicht möglich, die durch Lage des Quellortes, Probengeometrie und Messkette bestimmte Übertragungsfunktion von ursprünglichem Signal zum gemessenen Signal zu bestimmen. Erst mit deren Kenntnis ist zu erwarten, dass das im Weiteren beschriebene Verfahren einer praktischen Anwendung zugeführt werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Korrelation von Schallemissions-Signalmustern und Werkstoffschädigung bei wiederholter, plastischer Beanspruchung von Baustahl. 2. Anwendersymposium Laserextensometrie 2003, Merseburg
Peil, U., Weilert, K.
- Korrelation von Schallemissions-Signalmustern und Werkstoffschädigung bei wiederholter, plastischer Beanspruchung von Baustahl. DASt-Kolloquium 2003, Berlin
Peil, U., Weilert, K.
- Determination of the Inherent Damage of Older Structures. 2004, Structural Health Monitoring, S. 243-250
Peil, U., Mehdianpour, M., Frenz, M., Weilert, K.
- Lifetime-Extension of Bridges via Monitoring. 2004, Proc. of 2nd International Conference on Lifetime-Oriented Design Concepts (ICLODC), S. 41-50, Bochum, 2nd International Conference on Lifetime-Oriented Design Concepts (ICLODC)
Peil, U., Mehdianpour, M., Frenz, M., Weilert, K.
- Korrelation von Schallemissions-Signalmustern und Werkstoffschädigung bei wiederholter, plastischer Beanspruchung von Baustahl. European Workgroup on AE, 15. Kolloquium Schallemission, 17. und 18. Januar 2005, Berlin
Peil, U., Weilert, K.
- Schallemissionsanalyse als Verfahren zur Bestimmung des inhärenten Schadens von Baustahl. 2005, Festschrift Klaus Peter Großkurth, S. 147-152, Festschrift, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, Heft 182
Peil, U., Weilert, K.
- The Role of Inherent Damage of Older Bridges. 2005, Proceedings of the 5th International Workshop on Structural Health Monitoring, S. 198- 204, DEStech Publications, Inc., Lancaster, Stanford, CA, 5th International Workshop on Structural Health Monitoring, Konferenzband, 1-932078-51-7, Stanford University
Peil, U., Frenz, M., Weilert, K.
- Lebensdauer alter stählerner Bauwerke. 2006, WTA-Almanach 2006 "Bauinstandsetzen und Bauphysik", S. 499-521, WTA-Publications, Hildesheim, WTA-Tage 2006, Konferenzband, 3-937066-05-5
Peil, U., Frenz, M., Weilert, K., Loppe, S.
- Life Time Assessment of Bridges. 2007. Proceedings of 3rd International Conference on Lifetime-Oriented Design Concepts (ICLODC), Bochum, 3rd International Conference on Lifetime-Oriented Design Concepts (ICLODC)
Peil, U., Frenz, M., Weilert, K.
