2025, Nestorovic, Tamara, Diab, Alaa

Das Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung und Optimierung von Methoden zur frühzeitigen Schädigungserkennung und -lokalisierung in massiven Betonstrukturen. Eine frühzeitige Erkennung solcher Schädigungen kann nicht nur kostspielige Reparaturen und Wartungen reduzieren, sondern auch die Sicherheit und die Lebensdauer von Bauwerken wie Brücken, Hochhäusern und Infrastrukturanlagen erhöhen. Dieses Projekt liefert eine Methodik zur Zustandserkennung von massiven Strukturen und zur Lokalisierung von Schädigungen auf der Basis der Ultraschallwellenausbreitung. Die Methode ist sowohl für die 2D- (in Platten) als auch für die 3D-Schadenslokalisierung (in massiven Elementen) geeignet und basiert auf dem Einsatz von numerischen Simulationswerkzeugen und experimentellen Messungen, um eine kostengünstige und zuverlässige Lösung für die Schadenslokalisierung zu gewährleisten. Ein wichtiger Aspekt des Projektes ist die Entwicklung eines Ansatzes, der für großflächige Strukturen geeignet ist und gleichzeitig minimale Rechenressourcen beansprucht, um eine praktische und wirtschaftliche Anwendung in der Bauwerks-überwachung zu ermöglichen. Im Rahmen des Projektes werden piezoelektrische Materialien in aktive Sensoren und Aktoren integriert, um mögliche Schädigungszustände in Strukturen zu detektieren. Strukturveränderungen prägen sich in die Signalantwort ein und können durch eine geeignete Signalanalyse erkannt werden. Im Rahmen des Projekts wurden neue Methoden und Verbesserungen bestehender Methoden entwickelt, die eine genauere Lokalisierung der Schädigung ermöglichen. Um die Methoden zu testen, wurden umfassende numerische Simulationen in ABAQUS/EXPLICIT durchgeführt, um das Wellenverhalten in verschiedenen Schadensszenarien zu untersuchen. Durch die numerischen Untersuchungen konnten die relevanten Parameter wie Netzgröße, Zeit-inkremente und Wellenankunftszeiten optimal angepasst werden, um in weiteren Schritten die Effizienz der Interpolationsverfahren zu maximieren. Die 3D-Methode wurde erstmals erfolgreich in realitätsnahen Simulationen validiert, was ihre Anwendbarkeit für komplexere Betonstrukturen zeigt. Für die experimentelle Validierung wurden prismatische Betonproben mit unterschiedlichen Positionen der Schädigungszonen untersucht. Tests an diesen Proben zeigten die Wirksamkeit der Methode, indem das Auftreten von Schädigungen durch kugelförmige Hohlräume simuliert wurde. Durch die effiziente Interpolation und Filterung können Schäden zusätzliche Sensoren oder aufwändige Messaufbauten präzise lokalisiert werden. Diese Effizienz macht die Methode besonders geeignet für kostensensible Anwendungen. Darüber hinaus bieten die Methoden Potenzial für weiterführende Untersuchungen, darunter die Anwendung auf unterschiedliche Materialien und Bauwerke sowie die Integration der Algorithmen in Echtzeit Überwachungssysteme zur kontinuierlichen Strukturüberwachung.