Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5558
Main Title: Parameteridentifikation auf Basis faseroptisch gemessener quasi-kontinuierlicher Dehnungssignale
Translated Title: Parameter identification based on quasi-continuous strain signals measured by high-definition fiber-optic sensors
Author(s): Künzel, Andreas
Advisor(s): Petryna, Yuri
Referee(s): Petryna, Yuri
Link, Michael
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: The present work introduces a strategic approach to extract essential structural information from quasi-continuous strain data. Distributed and quasi-continuous strain data acquisition are gaining increasing attention in the field of experimental strain analysis and structural health monitoring (SHM). Particularly distributed strain measurement by Rayleigh OFDR technology offers high sensitivity and an outstanding spatial resolution, which makes it an efficient tool for detection of discontinuities, such as cracks or perturbations, appearing inside structural elements. Due to their small scale, optical fiber sensors are also advantageous in terms of integration into structures. The measurement technology used as well as aspects of application and mechanics of the optical sensing fiber are presented in this work. If SHM represents a comprehensive methodology for the assessment of structures, it is valuable to use the measurement data for more than pure inspection of the obtained signal. Linking measurement results to an appropriate parametric structural model allows for deeper insight into the mechanisms of damage and the extent of degradation and a better estimate of remaining structural capacity. In the present work, a procedure for parameter identification by a stepwise approach is introduced. It is based on a parametric finite-element-model, which allows for the prognosis of the effects of structural changes. In the first step, global parameters contributing to the overall structural behavior are determined, while in the second step local parameters representing discontinuities, e.g. manufacturing faults or damage, are identified. The procedure’s basic principles as well as its development is shown in detail and the efficiency of the approach is shown by means of a simulation example. Finally, the method is applied to a more complex experimental setup, showing applicability and efficiency of the proposed approach.
Die vorliegende Arbeit stellt einen strategischen Ansatz vor, mit dem aus quasi-kontinuierlichen Dehnungssignalen essentielle Strukturinformationen gewonnen werden. Die verteilte Messung von Dehnungen mittels faseroptischer Sensoren gewinnt zunehmende Bedeutung im Bereich der experimentellen Strukturanalyse und des Structural Health Monitoring (SHM). Insbesondere die quasikontinuierliche Erfassung von Dehnungssignalen auf der Basis des Rayleigh- Rückstreueffektes bietet hohe Sensitivität bei gleichzeitig bisher nicht gekannter räumlicher Auflösung. Des Weiteren lassen sich faseroptische Sensoren aufgrund ihrer geringen Abmessungen vorteilhaft in Strukturelemente integrieren. Dies macht die Technologie zu einem effizienten Werkzeug für die Detektion von Diskontinuitäten wie z.B. Rissen oder Materialfehlern. Das eingesetzte Messverfahren ebenso wie Aspekte der Applikation und Mechanik faseroptischer Sensoren werden in der vorliegenden Arbeit erörtert. Wird SHM als umfassende Methodik zur Bewertung des Zustands einer Struktur verstanden, die nicht nur Hinweise auf das Vorhandensein von Veränderungen oder Fehlern liefern soll, sondern auch deren Ursachen, so ist die Kopplung mit einem parametrischen Modell der Struktur notwendig. Dieses erlaubt Einblick in die durch Schädigung oder initiale Defekte ausgelösten Mechanismen und bietet dadurch eine Basis für die Prognose der verbleibenden Tragfähigkeit und Lebensdauer. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahren entwickelt, das in zwei Stufen die strukturellen Parameter eines Modells anhand von quasi-kontinuierlichen, statischen Messsignalen identifiziert. Ausgehend von der Separation des Parameterraums in globale und lokale Variable werden in der ersten Stufe Parameter identifiziert, die zur globalen Strukturantwort beitragen. Ergebnis ist ein praktisch ungestörter Referenzzustand. Im zweiten Schritt werden iterativ Parameter bestimmt, die lokale Diskontinuitäten beschreiben. Das Stufenverfahren wurde in einem Simulationsbeispiel erprobt, wobei besondere Aufmerksamkeit der Qualifikation geeigneter Optimierungsalgorithmen in Hinsicht auf Einsetzbarkeit und Effizienz gewidmet wurde. Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens wurde schließlich an einem komplexeren experimentellen Aufbau belegt, wobei relevante Parameter definierter Fehlstellen in dem eingesetzten Probekörper identifiziert wurden.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5971
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5558
Exam Date: 9-Sep-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 3-Nov-2016
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Parameteridentifkation
faseroptische Sensoren
Optimierung
Strukturmechanik
parameter identification
fiber-optic sensing
optimization
structural mechanics
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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