Entwicklung der luftgestützten Laser-Doppler-Vibrometrie zur verbesserten dynamischen Charakterisierung von großen Ingenieurbauwerken

DFG Projektnummer 496079937

Motivation

Große Bauwerke sind starken Windlasten ausgesetzt, die zu Beschädigungen führen können und dadurch eine finanzielle Belastung verursachen, aber auch ein Sicherheitsrisiko darstellen. Davon sind beispielsweise historische Gebäude betroffen, für die es nur wenig Informationen bezüglich der Alterungsprozesse gibt. Eine Methode das Risiko von einem auftretenden Materialversagen zu minimieren, ist Structural Health Monitoring (SHM). Dabei können mit unterschiedlichen Verfahren, beispielsweise mit Ambient Vibration Testing (AVT), Informationen über den derzeitigen Zustand gewonnen werden. So ist es möglich Schäden vorzeitig zu erkennen.

In diesem Zusammenhang werden vermehrt Laser-Doppler-Vibrometer (LDV) eingesetzt, um AVT an großen Konstruktionen wie Brücken und Türmen durchzuführen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Messungen mit etlichen Auslenkungssensoren eignen sich LDVs durch eine hohe Auflösung und einen geringen Montageaufwand deutlich besser.

Aktuell werden LDV-Messungen dadurch eingeschränkt, dass einige Oberflächen an großen Konstruktionen nicht zugänglich sind und schlechte Einfallswinkel die Signalqualität limitieren. Eine weitere Limitation sind optische Störungen durch Turbulenzen in der Luft.

Methoden

Das Ziel dieses DFG geförderten Projekts ist es diese Einschränkungen zu beheben, in dem eine neuartige Messmethode eingesetzt wird: der drohnengestützten Vibrationsmessung. Dies wird aus der Kombination eines optimierten LDV am Boden und einer an einer Drohne montierten steuerbaren Spiegeleinheit ermöglicht. Der Messstrahl des LDV wird mithilfe einer Steuereinheit auf der Drohne positioniert und kann über den Spiegel beliebig auf einem Messobjekt positioniert werden.

Ein weiteres wichtiges Ziel des Projekts ist die Unterdrückung der auftretenden Umgebungseinflüsse und der Vibrationen durch die Drohnenrotoren. In Zusammenarbeit mit dem Projektpartner am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gibt es dazu bereits zwei von der DFG geförderten Veröffentlichungen:

• M. Schewe, M.A.A. Ismail and C. Rembe:
  Towards airborne laser Doppler vibrometry for structural health monitoring of large and curved structures
  ^{In: Insight - Non-Destructive Testing and Condition Monitoring 2021, 63(5), 280-282, DOI: 10.1784/insi.2021.63.5.280.}
• M. Schewe, M. Ismail und C. Rembe:
  Differentielle Laser-Doppler-Vibrometrie für luftgestützte Vibrationsmessungen mit Drohnen
  ^{In: tm - Technisches Messen. Vol. 88, Issue s1, pp. 42-47, Aug. 2021. DOI: 10.1515/teme-2021-0071.}