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6 Tipps zur spannungsfreien Dehnung bei Ermüdungsversuchen an Flugzeugstrukturen
Tips & Trends | 4 Minuten Lesezeit |

6 Tipps zur spannungsfreien Dehnung bei Ermüdungsversuchen an Flugzeugstrukturen

Die Dehnung ist die wichtigste Einzelmessung bei der Ermüdungsprüfung von Flugzeugen. Die Genauigkeit und Präzision der Messungen mit Strain Gages ist von größter Bedeutung für die genaue Bestimmung der Lebensdauer und der Schadenstoleranz einer Struktur. Je höher eine Struktur in der Prüfpyramide liegt, desto komplexer sind die Prüfung, die Anzahl der Messkanäle und die erzeugten Daten. Hinzu kommt, dass das mit einem Prüfprogramm verbundene Risiko in Bezug auf Zeitverzögerung und Kosten überproportional mit der Zunahme der Prüfkomplexität steigt. Im Folgenden finden Sie sechs Tipps, die Ihnen bei der Auswahl des richtigen Datenerfassungssystems für Ihre Ermüdungsprüfung helfen:

1. Dehnung messen, nicht Temperatur

Müdigkeitstests können sich über mehrere Wochen bis hin zu mehreren Monaten erstrecken. Oft bei Tag und Nacht. Schwankungen der Umgebungstemperatur gehören zu den häufigsten Ursachen für Messfehler bei der Verwendung von Dehnungsmessstreifen mit Viertelbrücke. Eine temperaturbedingte Widerstandsänderung von nur 0,1 % kann zu einer Dehnung von 500 µm/m führen. Um zu vermeiden, dass Ihre Dehnungsmessung zu einer Temperaturmessung wird, empfiehlt Gantner Instruments, besonders auf die Stabilität des internen Abschlusswiderstandes zu achten. Allzu oft werden Widerstände mit geringer Stabilität verwendet, um Kosten zu sparen. Dies führt entweder zu unerwünschten Fehlern oder zwingt Sie dazu, komplexe Temperaturkorrekturkurven in der Software zu programmieren.

Das Datenerfassungssystem der Q.series verfügt über interne Abschlusswiderstände mit einem Temperaturkoeffizienten (TCR) von 0,05 ppm/K. Eine Temperaturdrift von 10 K führt zu einem Messfehler von nur 0,025 %. Die Verwendung eines Widerstandes mit einem höheren TCR erhöht den Fehler entsprechend. Beispielsweise führt ein TCR von 0,5 ppm/K zu einem erheblichen Messfehler von 0,25 %.

2. Kein Messfehler bei langen Kabelwegen

Aufgrund der Größe des Prüflings sind lange Kabelwege manchmal unvermeidlich. Der Widerstand der Brückendrähte, die ein Messgerät mit einer Wheatstone-Brücke verbinden, schwächt den Brückenausgang ab oder “desensibilisiert” das Messgerät. Da die Dämpfung von der Länge der Brückendrähte abhängt, hat sie mit zunehmender Kabellänge eine größere Wirkung. Bei herkömmlichen Messgeräten muss vor Beginn der Messung ein manueller Shunt-Kalibrierungsprozess durchgeführt werden. Bei der Shunt-Kalibrierung werden der Leitungsdrahtwiderstand und der anschließende Korrekturfaktor bestimmt. Diese Methode ist zwar weit verbreitet, kompensiert aber nicht die Änderungen des Leitungswiderstandes während der eigentlichen Messung, z. B. aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur.

Das Datenerfassungssystem der Q.series verfügt über eine OCS-Referenzstufe (Online Compensation Signal), die Messfehler aufgrund des Leitungswiderstandes automatisch korrigiert, sogar während der Messung selbst. Eine manuelle Shunt-Kalibrierung ist nicht erforderlich, so dass auch Bedienerfehler ausgeschlossen sind.

3. Beseitigung der Datenschieflage

Datenverzerrungen in einem mehrkanaligen, verteilten Datenerfassungssystem sind eine der größten Unsicherheiten bei einem Testprogramm. Flugzeugprüfgegenstände sind extrem teuer. Wenn also ein Fehler auftritt, werden die Messdaten genau analysiert, um die Fehlereigenschaften des Testobjekts genau zu verstehen. Wenn die Messdaten nicht genau synchronisiert sind, kann dies zu Unklarheiten bei der Analyse führen. Insbesondere bei Systemen mit hoher Kanalzahl kann der Jitter von Kanal zu Kanal zu erheblichen Fehlern führen. Ein Jitter von nur 500 µs führt bei einer Zyklusfrequenz von 2 Hz zu einem Messfehler von 0,6 %.

Das Datenerfassungssystem der Q.series verfügt über eine integrierte, hardwarebasierte Synchronisation zwischen den Modulen. Es sind keine zusätzlichen Synchronisationskabel zwischen Messmodulen oder Racks erforderlich. Selbst wenn das System über große Entfernungen verteilt ist, gewährleisten wir eine präzise Zeitsynchronisation mit einem maximalen Jitter von 1 µs. Wenn Sie eine Phasenverschiebung feststellen, können Sie die Zeitsynchronisation als Problem ausschließen. Es gibt keine Zweideutigkeit.

4. Halten Sie Ihre Daten verfügbar, wenn Sie sie am meisten brauchen

Es ist der schlimmste Albtraum eines Prüfingenieurs – der Verlust von Messdaten durch versehentliches Überschreiben oder Löschen, eine beschädigte Datenbank oder sogar ein Ausfall der IT-Infrastruktur. Da Daten das Herzstück eines Prüfprogramms sind, ist es die Aufgabe des Prüfingenieurs, einen Plan zur Datensicherung und -wiederherstellung zu implementieren. Durch die Verwendung mehrerer paralleler Datenspeicherpfade werden Ihre Daten automatisch in Echtzeit repliziert oder verdreifacht, was eine kontinuierliche Datenverfügbarkeit gewährleistet.

Um wirklich sicher zu sein, dass Sie keine einzige Probe verpassen, verfügt unser Q.series-System über 3 Redundanzstufen für eine gesicherte Datenverfügbarkeit. Die Messdaten können parallel zu einer Online-Datenbank und zu einem FTP-Backup-Server übertragen werden. Beide Datenports werden kontinuierlich überwacht. Fällt eine Übertragung aus, beginnt das Q.series-System automatisch mit der Aufzeichnung der Daten auf seiner lokalen Festplatte.

5. Vermeiden Sie Datenüberlastung

Ermüdungstestkampagnen dauern in der Regel Monate, wenn nicht Jahre. Die Daten werden von 1000 oder mehr Strain Gages erfasst. Die Abtastraten können von 25 Hz bis 5000 Hz für die Fehleranalyse variieren. Es werden Terabytes an Messdaten aufgezeichnet. Kürzlich durchgeführte Analysen haben gezeigt, dass fast 40 % der aufgezeichneten Daten keine signifikante Bedeutung haben, aber aufgrund der Beschränkungen des Datenerfassungssystems gespeichert werden. Eine zu große Datenmenge verlangsamt die Datenverarbeitung, Analyse und Entscheidungsfindung. Dies ist wertvolle Zeit, insbesondere wenn Sie unter dem Druck stehen, eine unerwartete Fehleranalyse durchzuführen.

Mit der Q.series können Sie bis zu 20 Datenlogger erstellen. Jeder Datenlogger kann für die Aufzeichnung eines anderen Datensatzes mit einer anderen Aufzeichnungsrate konfiguriert werden. Sie können zwischen verschiedenen Loggertypen wählen, entweder kontinuierliche, getriggerte oder ereignisbasierte Aufzeichnung. Zum Beispiel kann ein übergeordnetes Regelungssystem verwendet werden, um eine Logging-Aktion mit einer Pre- und Post-Trigger-Zeit auszulösen. Parallel dazu ist es möglich, einen Logger zu konfigurieren, der kontinuierlich Daten in einem Ringpuffer aufzeichnet. Dateiname, Größe, Ziel und Schutzstufe sind für jeden Datenlogger vollständig konfigurierbar.

6. Zuverlässige Interoperabilität

Ohne Interoperabilität funktionieren Beleuchtungen nicht mit den Schaltern, können Sensoren nicht von Ihrem Messsystem gelesen werden, und Prüfgeräte können die sie umgebenden Netzwerke nicht nutzen. Die Zeiten der monolithischen Systeme eines einzigen Anbieters sind vorbei. Heute wird eine Vielzahl unterschiedlicher Regelungen und Messtechniken eingesetzt. Die sichere und zuverlässige Interoperabilität zwischen spezialisierten Prüf- und Messgeräten ist für die Effizienz von Prüflaboren von entscheidender Bedeutung. So ist beispielsweise die Fähigkeit, mit den von verschiedenen Systemen gesammelten Daten strukturelle Fehler vorherzusagen oder schnell zu erkennen, von großer Bedeutung für ein Prüfprogramm. Eine zuverlässige Interoperabilität zwischen Test- und Messsystemen ist für die direkte Verarbeitung, Analyse und Berichterstattung von Testdaten unerlässlich.

Das Datenerfassungssystem der Q.series unterstützt verschiedene Feldbusstandards, Softwareprotokolle und Stromverarbeitungsplattformen. Für die Integration des Q.series DAQ-Systems in gängige Software-Tools wie LabVIEW™, MATLAB® und DIAdem® sind Treiber verfügbar. Das Q.series-System wird mit einem Plugin-Management-System geliefert, das die Erstellung und Bereitstellung benutzerdefinierter Kommunikationsprotokolle und Gerätetreiber ermöglicht, um beispielsweise benutzerdefinierte Schnittstellen zu einem Servo-Regelungssystem zu implementieren. Darüber hinaus werden verschiedene externe Zeitquellen unterstützt, wie z. B. IRIG-B, die zur genauen Synchronisierung mit Zusatzsystemen, wie z. B. einer Hochgeschwindigkeitskamera, verwendet werden können.

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