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6 Tipps zur spannungsfreien Dehnung bei Ermüdungsversuchen an Flugzeugstrukturen
Tipps & 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 von Dehnungsmessstreifen-Messungen ist von größter Bedeutung, um die Lebensdauer und Schadenstoleranz einer Struktur genau zu bestimmen. Je höher eine Struktur in der "Prüfpyramide" steht, desto höher sind die Prüfkomplexität, die Anzahl der Messkanäle und die erzeugten Daten. Darüber hinaus steigt das mit einem Testprogramm verbundene Risiko in Form von Zeitverzögerungen und Kosten überproportional mit der Zunahme der Testkomplexität. Im Folgenden finden Sie sechs Tipps, die Ihnen bei der Auswahl des richtigen Datenerfassungssystems für Ihre Ermüdungsprüfung helfen:

1. Dehnung messen, nicht Temperatur

Ermüdungstests können sich über mehrere Wochen bis hin zu mehreren Monaten erstrecken. Oft bei Tag und bei Nacht. Schwankungen der Umgebungstemperatur gehören zu den häufigsten Ursachen für Messfehler bei der Verwendung von Viertelbrücken-Dehnungsmessstreifen. Eine temperaturbedingte Widerstandsänderung von nur 0,1 % kann zu einer Dehnung von 500 µm/m führen. Da Sie vermeiden wollen, 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 Software zu programmieren.

Das Datenerfassungssystem der Q.series wird mit internen Abschlusswiderständen geliefert, die einen Temperaturkoeffizienten (TCR) von 0,05 ppm/K haben. 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. So führt beispielsweise 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 unvermeidbar. Der Widerstand der Brückendrähte, die ein Messgerät mit einer Wheatstone-Brücke verbinden, dämpft den Brückenausgang bzw. “desensibilisiert” das Messgerät. Da die Dämpfung von der Länge der Brückendrähte abhängt, wirkt sie sich mit zunehmender Kabellänge stärker aus. Bei herkömmlichen Messgeräten muss vor Beginn der Messung eine manuelle Shunt-Kalibrierung durchgeführt werden. Der Shunt-Kalibrierungsprozess bestimmt den Leitungsdrahtwiderstand und den anschließenden Korrekturfaktor. Diese Methode ist zwar weit verbreitet, kompensiert aber nicht die Änderungen des Leitungswiderstands während der eigentlichen Messung, beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur.

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

3. Beseitigung der Datenschieflage

Datenschieflage in einem mehrkanaligen, verteilten Datenerfassungssystem ist eine der größten Unsicherheiten während eines Prüfprogramms. Testartikel für Flugzeuge sind extrem teuer. Wenn also ein Fehler auftritt, werden die Messdaten genau analysiert, um die Fehlereigenschaften des Prüfgegenstands genau zu verstehen. Wenn die Messdaten nicht genau synchronisiert sind, kann dies zu Unklarheiten bei der Analyse führen. Besonders bei Systemen mit hoher Kanalzahl kann der Jitter von Kanal zu Kanal zu erheblichen Fehlern führen. Ein Jitter von nur 500 µs führt zu einem Messfehler von 0,6 % bei 2 Hz Zyklusfrequenz.

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 sehen, 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 Testprogramms sind, ist es die Aufgabe des Testingenieurs, 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 in eine Online-Datenbank sowie auf einen FTP-Backup-Server übertragen werden. Beide Datenports werden kontinuierlich überwacht. Wenn eine Übertragung fehlschlägt, beginnt das Q.series-System automatisch mit der Aufzeichnung von Daten auf seiner lokalen Festplatte.

5. Vermeiden Sie Datenüberlastung

Normalerweise dauern Ermüdungstestkampagnen Monate, wenn nicht sogar Jahre an. Es werden Daten von 1000 oder mehr Dehnungsmessstreifen erfasst. Die Abtastraten können bei der Fehleranalyse zwischen 25 Hz und 5000 Hz liegen. 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, die Analyse und die 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 so konfiguriert werden, dass er einen anderen Datensatz mit einer anderen Aufzeichnungsrate aufzeichnet. Sie können zwischen verschiedenen Logger-Typen wählen, entweder kontinuierliche, getriggerte oder ereignisbasierte Protokollierung. Beispielsweise kann ein übergeordnetes Kontrollsystem verwendet werden, um eine Protokollierungsaktion mit einer Vor- und Nachlaufzeit auszulösen. Parallel dazu ist es möglich, einen Logger zu konfigurieren, der kontinuierlich Daten in einem Ringspeicher aufzeichnet. Dateiname, Größe, Zielort 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 Netze nicht nutzen. Die Zeiten, in denen monolithische Systeme von einem einzigen Anbieter geliefert wurden, sind vorbei. Heute wird eine Vielzahl unterschiedlicher Kontroll- und Messtechniken eingesetzt. Eine sichere und zuverlässige Interoperabilität zwischen spezialisierten Prüf- und Messgeräten ist für die Effizienz von Prüflaboren unerlässlich. So ist beispielsweise die Fähigkeit zur Vorhersage oder schnellen Erkennung von strukturellen Fehlern anhand von Daten, die von verschiedenen Systemen gesammelt wurden, während eines Testprogramms von großer Bedeutung. Eine zuverlässige Interoperabilität zwischen Prüf- und Messsystemen ist für die direkte Verarbeitung, Analyse und Berichterstattung von Prüfdaten unerlässlich.

Das Datenerfassungssystem der Q.series unterstützt verschiedene Feldbusstandards, Softwareprotokolle und Stromverarbeitungsplattformen. Für die Integration des Q.serie DAQ in gängige Softwaretools wie LabVIEW™, MATLAB® und DIAdem® sind Treiber verfügbar. Das System der Q.series wird mit einem Plugin-Management-System geliefert, das die Erstellung und den Einsatz von benutzerdefinierten Kommunikationsprotokollen und Gerätetreibern ermöglicht, um beispielsweise benutzerdefinierte Schnittstellen zu einem Servo-Steuerungssystem 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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