Weihnachtswissen: Von Glocken und Schallemission
Weihnachten ohne Glockengel?ut w?re ein stilles Fest ? doch h?tten Sie gewusst, dass es einen Zusammenhang zwischen Glocken und der Messung von Schallemission im Bereich der Materialforschung gibt?
?Sü?er die Glocken nie klingen“ – so beginnt ein bekanntes Weihnachtslied. Dafür, dass eine Glocke sü? und zudem lange klingt, ist es wichtig, dass ihre Materialstruktur fehlerfrei ist. Dies stellen Glockengie?er mit einer Klopfschallprüfung fest: Sie testen durch Anschlagen an verschiedenen Stellen den Klang und leiten daraus ab, ob sich Risse oder andere Unregelm??igkeiten bei der Herstellung gebildet haben. Ein ganz ?hnliches Verfahren findet sich auch in der Materialforschung wieder – hier hei?t es Schallemissionsmessung und findet im Ultraschallbereich statt. Doch wie funktioniert die Schallemissionsmessung? ?Die Forschenden befestigen Sensoren an einer Struktur oder einem Material und zeichnen damit selbst kleinste Schwingungen von Ger?uschen auf die entstehen, wenn z.B. Risse darin auftreten ? auch wenn diese nur mikrometergro? sind“, schildert Prof. Dr. Markus Sause von der Universit?t Augsburg, einer der weltweit führenden Experten auf dem Gebiet der Schallemissionsmessung. Vorstellen kann man sich dies wie bei einem Erdbeben, allerdings auf viel kleinerer Skala mit kaum wahrnehmbaren Wellen im Ultraschallbereich. ?Die Ger?usche verraten uns, ab welcher Belastung und wo ein Riss entsteht. So testen Firmen beispielsweise die Qualit?t von Produkten wie Wasserstoffdrucktanks“, erkl?rt Sause. ? Aktuell gehen Forschende der Universit?t Augsburg der Frage nach, wie man mit dem Einsatz von künstlicher Intelligenz die Interpretation der aufgezeichneten Schallwellen weiter verbessern kann: ?Bei Strukturen, die aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt sind oder – wie Glocken – eine besondere Form haben, ist es oft schwer, die Signale richtig zu deuten“, erkl?rt er. Denn das Problem bei Faserverbundwerkstoffen oder besonderen Geometrien ist, dass sich die Schallwellen in ihnen nicht gleichm??ig ausbreiten: ?Eine Glocke hat viele Krümmungen und unterschiedliche Wandst?rken, und Faserverbundwerkstoffe beispielsweise bestehen aus einer Mischung aus Verst?rkungsfasern und einem Matrixmaterial, welches sie zusammenh?lt. Beide leiten den Schall unterschiedlich schnell, lokale Abweichungen von Faserorientierungen oder Faservolumengehalt bringen zus?tzlich die Genauigkeit analytischer Berechnungen schnell an ihre Grenzen“, pr?zisiert Sause. Die Forschenden nutzen daher Verfahren der künstlichen Intelligenz, um einerseits eine genaue Bestimmung der Schallquelle in einer beliebigen Geometrie zu erm?glichen und zudem die genaue Art der Schallquelle zu ermitteln. Dies ist insbesondere wichtig, wenn man solche Sensorik zu einer permanenten ?berwachung (sog. Structural Health Monitoring) von Strukturen, wie z.B. einem Flugzeugfahrwerk oder Flugzeugflügel, einsetzen m?chte. ?Hierzu ist h?chste Zuverl?ssigkeit der Systeme erforderlich, was wir derzeit in dem europ?ischen Expertennetzwerk ODIN - Optimized Design for Inspection untersuchen“, erkl?rt Sause.Von kleinsten Schwingungen und Erdbeben
Mit künstlicher Intelligenz den Ursachen auf der Spur
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