A Novel Approach for Preload Monitoring in Bolted Connections Using Electro-Mechanical Impedance Spectra

Dreisbach, Anna‐Lena; Fritzen, Claus‐Peter

doi:10.1007/978-3-031-07258-1_69

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“…Ist die Ebenengleichung während des Monitorings bekannt, kann aus den aufgezeichneten Suszeptanzspektren sowie der gemessenen Temperatur die Vorspannkraft im Schraubenschaft berechnet werden.Das detaillierte Vorgehen wird im Abschlussbericht des Forschungsvorhabens sowie dem zugehörigen Leitfaden beschrieben[30]. Suszeptanzspektren in Abhängigkeit von der Vorspannkraft bei 20 °C für eine Schraube der Größe M20x95 nach[28] Susceptance spectra as a function of the preload force at 20 °C for a bolt of size M20x95 acc. to[28] Suszeptanzsteigung in Abhängigkeit von der Vorspannkraft bei 20 °C für eine Schraube der Größe M16x80 nach[27] Susceptance slope as a function of the preload force at 20 °C for a bolt of size M16x80 acc.…”

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“…Suszeptanzspektren in Abhängigkeit von der Vorspannkraft bei 20 °C für eine Schraube der Größe M20x95 nach[28] Susceptance spectra as a function of the preload force at 20 °C for a bolt of size M20x95 acc. to[28] Suszeptanzsteigung in Abhängigkeit von der Vorspannkraft bei 20 °C für eine Schraube der Größe M16x80 nach[27] Susceptance slope as a function of the preload force at 20 °C for a bolt of size M16x80 acc. to[27] Bild 10 Suszeptanzsteigung in Abhängigkeit von der Vorspannkraft und der Temperatur für eine Schraube der Größe M16x80Susceptance slope as a function of the preload force and temperature for a bolt of size M16x803.an Schrauben M72x380 HV Im Rahmen des Projekts wurde das Verfahren ebenso an Schrauben der Größe M72x380 durchgeführt.…”

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Detektion von Vorspannkraftverlusten in Schraubenverbindungen auf Basis elektromechanischer Impedanzspektren

Pak,

Sahm,

Dreisbach

et al. 2023

Stahlbau

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Das FOSTA‐Forschungsprojekt P 1403 „Detektion von Vorspannkraftverlusten in Schrauben auf Basis elektromechanischer Impedanzspektren“ zielt auf die Entwicklung eines statistisch abgesicherten Verfahrens ab, welches im Rahmen eines Structural Health Monitorings (SHM) eine kostengünstige, kontinuierliche Überwachung von Schraubenkräften in vorgespannten HV‐Verbindungen auf Basis von elektromechanischen Impedanzspektren (EMI) ermöglicht. Die EMI‐Methode basiert auf der indirekten Messung der frequenz‐ und vorspannkraftabhängigen mechanischen Impedanz der Schraube. Im Rahmen des Projekts konnte ein Indikator von den Messdaten abgeleitet werden, der mit der Vorspannkraft korreliert. Des Weiteren wurden im Rahmen des Projekts zusätzliche Effekte auf EMI‐Spektren, die für eine zuverlässige Vorspannkraftüberwachung von dem Einfluss der Vorspannkraft selbst unterschieden werden müssen, untersucht. Hierbei handelt es sich u. a. um den Einfluss der Temperatur. In dieser Veröffentlichung werden diese Einflüsse näher untersucht. Dies geschieht zum einen auf Basis von Simulationen, die mithilfe einer FE‐Software durchgeführt wurden, und zum anderen mithilfe von Experimenten.

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Detektion von Vorspannkraftverlusten in Schraubenverbindungen auf Basis elektromechanischer Impedanzspektren

Pak,

Sahm,

Dreisbach

et al. 2023

Stahlbau

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Untersuchung zur Detektion von Oberflächenkorrosion an Schrauben mithilfe von piezoelektrischen Wandlern

Sahm,

Pak

2024

Stahlbau

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Die Studie untersucht die Anwendbarkeit von piezoelektrischen Wandlern zur zerstörungsfreien Detektion von Oberflächenkorrosion an Schrauben. Grundlage dieser Methode ist die Messung elektromechanischer Impedanzspektren, die sich infolge variierender Strukturzustände verändern und grundsätzlich eine Bewertung des Strukturzustands ermöglichen. Im Rahmen der Studie wurden zur Eignungsprüfung experimentelle und numerische Untersuchungen an vier HV‐Schraubengrößen nach DIN EN 14399‐4 durchgeführt. Es konnte ein Zusammenhang zwischen der Verschiebung der Resonanzamplitude der Schrauben und dem Korrosionsgrad hergestellt werden. Weiterhin wurde ein annähernd linearer Trend zwischen der Änderung des Schaftquerschnitts und der Verschiebung der Resonanzamplitude beobachtet. Darüber hinaus konnte die Entwicklung der Impedanzspektren erfolgreich durch eine numerische Simulation reproduziert werden. Die Ergebnisse der Studie zeigen einen vielversprechenden Ansatz für eine automatisierte und kosteneffiziente Überwachung der Oberflächenkorrosion von Schrauben. Die Integration dieser Technologie könnte in verschiedenen Anwendungsbereichen zu erheblichen Kosteneinsparungen und erhöhter Sicherheit führen, insbesondere bei der Überwachung schwer zugänglicher, korrosionsgefährdeter Bereiche.

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A Novel Approach for Preload Monitoring in Bolted Connections Using Electro-Mechanical Impedance Spectra

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Detektion von Vorspannkraftverlusten in Schraubenverbindungen auf Basis elektromechanischer Impedanzspektren

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