Methoden und Technologien für ausfallsichere adaptive Tragwerke

Forschungsprojekt

(Teilprojekt B03 im Sonderforschungsbereich SFB 1244)

Überblick

  • Zuverlässigkeit bei adaptiven Tragwerken
  • Analyse von Redundanzen
  • Detektion von Fehlerfällen

Projektbeschreibung

Zuverlässigkeit bei adaptiven Tragwerken

Die Zuverlässigkeit eines Tragwerks ist ein Maß um dessen Sicherheit zu bewerten. Bei adaptiven Tragwerken gibt es neben den passiven Bauteilen weitere Komponenten, die bei der Zuverlässigkeitsbewertung berücksichtigt werden müssen. Für Aktorik, Sensorik und Regelung, die bei einem adaptiven Tragwerk eine zentrale Rolle spielen, ergeben sich zusätzliche Risiken sowie andere Fehlerfälle und neue Abhängigkeiten. Diese müssen identifiziert, analysiert und in die Zuverlässigkeitsbewertung mit einbezogen werden. Für eine nachhaltigere Bauweise ist die sicherheits- und zuverlässigkeitsgerechte Auslegung adaptiver Tragwerke von zentraler Bedeutung. Je genauer die zu erwartende Betriebsbelastung bekannt und im Zuverlässigkeitsmodell berücksichtigt ist, umso exakter erfolgt die Bemessung der Tragstruktur.

Der teilweise oder vollständige Ausfall der Aktorik, Sensorik oder Regelung spielt im Kontext adaptiver Tragwerke im Bauwesen für die Zuverlässigkeit eine entscheidende Rolle. Hieraus leiten sich die zentralen Fragestellungen dieses Teilprojektes ab, welche die Analyse von Redundanzen in Tragwerkstopologien, die Detektion von Fehlerfällen sowie die Lebensdauerüberwachung zur Einhaltung von Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit betreffen. Um die Standsicherheit des Tragwerks auch unter Fehlerfällen von Aktorik, Sensorik und Regelung sicherzustellen wird u.a. untersucht, wie aktuelle Normen aus dem Bauwesen auf adaptive Tragwerke angewendet werden können bzw. erweitert werden müssen.

Analyse von Redundanzen

In diesem Teilprojekt soll außerdem erforscht werden, wie sich in der Tragwerkstopologie vorhandene Redundanzen in der Zuverlässigkeitsbewertung berücksichtigen lassen. Um die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit des Tragwerks auch bei Fehlern in adaptiven Komponenten sicherzustellen, wird untersucht, inwieweit sich die Analyse von Redundanzen im System auf die Bewertung der Fehlerfälle sowie den Entwurf des Tragwerks anwenden lässt. Die Herausforderung besteht dabei darin, den Einfluss der Topologie des Tragwerks und der Lage der Aktoren auf die Zuverlässigkeit zu erschließen. Darüber hinaus wird der Frage nachgegangen, wie adaptive Tragwerke gestaltet werden müssen, damit sie mit ausgefallener Aktorik noch standsicher sind und ob das Tragwerk z. B. durch gespeicherte passive Energie oder bewusste zusätzliche Dissipation in einen sicheren Zustand gebracht werden kann.

Detektion von Fehlerfällen

Die Detektion und Isolation von Fehlerfällen in Aktorik, Sensorik und Struktur bilden die Grundlage, um die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen. Es hat sich gezeigt, dass die Anzahl und Platzierung der Sensoren einen wesentlichen Einfluss auf die Detektierbarkeit und Unterscheidbarkeit von Fehlerfällen hat. Deshalb werden Gütemaße und Methoden zur Platzierung von Aktoren und Sensoren entwickelt, die eine hohe Fehlertoleranz sowie eine gute Detektierbarkeit und Unterscheidbarkeit von Fehlerfällen für die sich anschließende Fehlerdiagnose sicherstellen.

Projektdaten

Projekttitel:
Teilprojekt B03 - Methoden und Technologien für ausfallsichere adaptive Tragwerke
Projekt-Website
Förderung:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Sonderforschungsbereich SFB 1244 "Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen", GEPRIS-Projektnummer 324667137
Projektpartner:
Institut für Maschinenelemente (IMA), Universität Stuttgart
Institut für Systemdynamik und Signalverarbeitung (ISYS), Universität Stuttgart

Veröffentlichungen

  1. Geiger, F., Gade, J., von Scheven, M., & Bischoff, M. (2020). Optimal Design of Adaptive Structures vs. Optimal Adaption of Structural Design. IFAC-PapersOnLine, 53(2), 8363--8369. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2020.12.1604
  2. Geiger, F., Gade, J., von Scheven, M., & Bischoff, M. (2020). Anwendung der Redundanzmatrix bei der Bewertung adaptiver Strukturen. Manfred Bischoff, Malte von Scheven, Bastian Oesterle (Hrsg.) Berichte der Fachtagung Baustatik – Baupraxis 14, 23. und 24. März 2020, Universität Stuttgart, 119–128. https://doi.org/10.18419/opus-10762
  3. Wagner, J. L., Gade, J., Heidingsfeld, M., Geiger, F., von Scheven, M., Böhm, M., Bischoff, M., & Sawodny, O. (2018). On steady-state disturbance compensability for actuator placement in adaptive structures. at – Automatisierungstechnik, 66, 591–603. https://doi.org/10.1515/auto-2017-0099

Bearbeitung:

Dieses Bild zeigt Tamara Prokosch

Tamara Prokosch

M. Sc.

Akademische Mitarbeiterin

Dieses Bild zeigt Malte von Scheven

Malte von Scheven

Dr.-Ing.

Stellv. Institutsleiter, AOR

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