Towards Continuous Railway Monitoring: A Concept for Surface Crack Assessment Based on Surface Acoustic Waves

Titel in Übersetzung: Bewertung eines Zustandsüberwachungskonzepts zur Abschätzung der Risstiefe in Eisenbahnschienen mittels akustischer Oberflächenwellen

Sebastian Fichtenbauer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Diese Masterarbeit verfolgt einen experimentellen Ansatz, um ein auf akustischen Oberflächenwellen basierendes Sensorkonzept zur Tiefenmessung von Oberflächenrissen zu evaluieren. Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt hierbei auf einer möglichen Anwendung zur Überwachung von Rissen in Schienen. Aktuell ist kein Messverfahren bekannt, das sowohl die Risstiefe sogenannter Head Checks an der Fahrkante der Schiene genau erfassen kann als auch eine permanente Installation der notwendigen Messausrüstung erlaubt. Eine solche Methode verspricht, einen wesentlichen Beitrag zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung von Eisenbahninfrastruktur zu leisten und somit zu einem sicheren und kosteneffizienten Betrieb von Schienennetzen beizutragen. Das Hauptziel dieser Masterarbeit besteht darin, zu analysieren, ob die Risstiefe von Head Checks mit akustischen Oberflächenwellen quantitativ bestimmt werden kann. Hierfür wurde der Transmissionskoeffizient als Schlüsselcharakteristikum zur Bewertung der Risstiefe ausgewählt. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde ein Messaufbau zur experimentellen Bestimmung des Transmissionskoeffizienten entworfen, mit dem Schienenproben mit verschiedenen Head Check Tiefen untersucht wurden. An die Schienenproben angebrachte piezoelektrische Transducer wurden zum Anregen der akustischen Oberflächenwellen verwendet. Ein Laser-Doppler-Vibrometer wurde eingesetzt, um die dadurch hervorgerufenen Schwingungen der Bauteiloberfläche zu messen. Es wurden repräsentative Messsignale im Zeit- und Frequenzbereich analysiert sowie ein Algorithmus entwickelt und implementiert, der zur Extraktion der Amplitude von einfallender und übertragener Oberflächenwelle dient. Basierend auf diesen Werten konnten die Transmissionskoeffizienten berechnet werden. Schließlich konnte durch die hohe Anzahl an durchgeführten Messungen die Bestimmungsgenauigkeit der Transmissionskoeffizienten bewertet werden. Anhand der erzielten Resultate lässt sich, unter der Voraussetzung von geringer Tiefe der Head Checks und hoher Anregungsfrequenz der akustischen Oberflächenwellen, ein linearer Zusammenhang zwischen Risstiefe und Transmissionskoeffizienten vermuten. Daher erscheint unter diesen Umständen eine Risstiefenbestimmung mit dem Transmissionskoeffizienten machbar. Zusätzlich wurden mögliche Gründe identifiziert, die eine quantitative Bewertung tiefer Head Checks erschweren. Im Hinblick auf eine mögliche Anwendung des evaluierten Sensorkonzepts im Gleis sind jedoch zahlreiche Fragestellungen bezüglich der rauen Umgebungsbedingungen noch zu klären.
Titel in ÜbersetzungBewertung eines Zustandsüberwachungskonzepts zur Abschätzung der Risstiefe in Eisenbahnschienen mittels akustischer Oberflächenwellen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • O'Leary, Paul, Betreuer (intern)
  • Gänser, Hans-Peter, Betreuer (extern)
Datum der Bewilligung15 Dez. 2023
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Zustandsüberwachung
  • Head Checks
  • Rissdetektion
  • akustische Oberflächenwellen
  • Schienen

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