20/06/2011 - Ein neuer selbst reparierbarer Sensor zur Messung der strukturellen Materialspannung

Menéame

Ingenieure und Forscher der North Carolina State University haben einen neuen Sensor entwickelt, der die Spannung aller Arten von Strukturmaterialien messen und ihr Verhalten bei extremen Ereignissen wie Erdbeben oder Explosionen vorhersagen kann. Das Gerät kann auf ein breites Spektrum von Materialien, wie Flugzeuge oder zivile Infrastruktur, angewendet werden. Zusätzlich zu dieser wichtigen Funktion kann der Sensor selbst repariert werden, wodurch eine historische Einschränkung dieser Art von Sensoren überwunden wird, die gewöhnlich unter einem bestimmten Druck zusammenbrachen. Auf Pablo Javier Piacente.

Die Entwicklung eines neuen selbstreinigenden Sensors durch Ingenieure der North Carolina State University zur Messung der Spannung der Materialien, die in allen Arten von Gebäuden und Strukturen verwendet werden, könnte einen wichtigen Fortschritt im Bereich der Vorhersage des Verhaltens dieser Materialien bei komplexen und unerwarteten Ereignissen wie z.B. verschiedenen Naturphänomenen oder Explosionen bedeuten.

Dieser transzendente Fortschritt markiert einen neuen Weg bei der Erhebung von Daten, die auf der Grundlage zuverlässiger Informationen über die strukturelle Sicherheit nach Erdbeben, Explosionen oder anderen unerwarteten Ereignissen zu Entscheidungen führen sollen. Die Arbeit wurde durch eine Pressemitteilung der North Carolina State University und auch in einem Artikel in der Fachmedien Smart Materials And Structures veröffentlicht.

Ingenieure verwenden Sensoren, um die Spannung oder die Kräfte zu messen, die auf den Materialien ausgeübt werden, die für den Bau aller Arten von Strukturen eingesetzt werden, von Flugzeugen bis zu Gebäuden. Diese Sensoren können zum Beispiel den genauen Zustand des Flügels eines Flugzeugs im Flug angeben. Diese Informationen werden verwendet, um mögliche Nachteile in Zukunft vorherzusagen.

Auf diese Weise ist es möglich, ein strukturelles Problem zu lösen, bevor es entsteht. Ein traditionelles Problem dieser Sensoren besteht jedoch darin, dass sie bei bestimmten Belastungen zusammenbrechen können, so dass sie den Ingenieuren wichtige Informationen liefern.

Fähigkeit, sich selbst zu reparieren

Wenn die Sensoren unter unterschiedlichen Umständen nicht mehr funktionieren, ist es wiederum sehr komplex, wenn sie durch Fragen der Unzugänglichkeit ersetzt werden, wie etwa im Fall des Beispiels des Fluges. Diese Bedingung bedeutet jedoch nicht notwendigerweise, dass das geprüfte Material irreparablen Schaden angerichtet hat.

Hier liegt der Hauptbeitrag der Ingenieure und Forscher des Department of Mechanical and Aerospace Engineering der North Carolina State University, da sie diesen Nachteil durch die Entwicklung eines Sensors gelöst haben, der automatisch repariert wird, wenn es nicht mehr funktioniert.

Dr. Kara Peters, Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrt an der North Carolina State University und Co-Autor des Artikels, der die Forschung beschreibt, kann der Sensor zusammen mit dem zu analysierenden Material gestreckt und komprimiert werden. Zu diesem Zweck wurde ein spezifisches System entwickelt.

Ein Infrarot-Port (IR) führt durch den Sensor und erkennt die Längenänderungen, ein Schlüsseldaten, um herauszufinden, wie groß die Spannung ist, die das Material durchmacht. Gleichzeitig ermöglicht ein Polymer-Filament in Kombination mit anderen Elementen die Gewährleistung der Selbstreparierbarkeit des Sensors.

Daten, die die Sicherheit erhöhen

In dem Moment, in dem der Polymer-Filament gegen bestimmte Druckbedingungen abtritt, werden das UV-Harz und eine bestimmte Flüssigkeit in der Einrichtung stürzen und mit dem UV-Strahl in Berührung kommen, indem sie durch eine automatische Reparatur des Sensors verhärtet werden.

Nach Angaben von Peters sind unerwartete Ereignisse, die einen Sensor versagen, aber die zu untersuchende Struktur nicht kollabieren können, sehr wichtig, wenn es um die Vorhersage künftiger Nachteile in den betroffenen Materialien geht. Diese Ereignisse könnten zum Beispiel Vogelschocks gegen die Flügel von Flugzeugen oder Schäden an einem Gebäude nach einem Erdbeben sein.

Die Erhebung von Daten über die Auswirkungen dieser Phänomene auf die Strukturen kann zu besser informierten und präziseren Entscheidungen beitragen und so effizientere Sicherheitsmaßnahmen festlegen. Wenn die Sensoren jedoch inaktiv bleiben, stehen keine Daten zur Verfügung.

In Zukunft können diese neuen selbst reparierbaren Sensoren diese Informationen jederzeit liefern, ohne ihre Arbeit zu unterbrechen. Diese Forschung, die im Department of Mechanical and Aerospace Engineering der North Carolina State University durchgeführt wurde, wurde von der National Science Foundation finanziert.

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