Umgebungsdruck-Scanning – Überprüfung der strukturellen Integrität
Die Anwendung:
Bei der Entwicklung immer höherer und komplexerer Gebäude wird eine Mischung aus CFD (Computational Fluid Dynamics) und Windkanaltests eingesetzt, um sicherzustellen, daß die Gebäude strukturell sicher, nicht anfällig für Ermüdung und Versagen sind und man sich in ihnen wohlfühlt. Oft sind theoretische Berechnungen nicht repräsentativ für die Realität, insbesondere bei hochkomplexen Strukturen. Neben der Integrität des Bauwerks selbst müssen auch die Auswirkungen auf die Gebäude in der Umgebung berücksichtigt werden. Eine erste Schreibtischstudie kann die Notwendigkeit des Einsatzes eines leistungsstarken Simulationswerkzeugs, des Windkanals, ergeben.
Wenn Windkanaltests erforderlich sind, wird ein hochdetailliertes, maßstabsgetreues Modell (in der Regel im Maßstab 1:200 oder 1:400, je nach den verfügbaren Windkanalbeschränkungen) erstellt, das das zu prüfende Bauwerk sowie die Gebäude und die Landschaft in der Umgebung darstellt. Dieses Modell wird in einer Modellbauwerkstatt nach detaillierten Bauplänen gebaut, entweder durch Zusammenbau von Schnittmodellen oder durch 3D-Druck von Modellen, die häufig auf einer drehbaren Plattform montiert werden. Diese Plattform kann in der Regel um 360° gedreht werden, um Richtungswirkungen des Windes zu beurteilen, die sonst nur schwer zu visualisieren wären. Das Modell wird im Windkanal installiert und mit vielen möglichen Windrichtungen und -geschwindigkeiten, oft bis zu 60 m/s, getestet. An zahlreichen Stellen des Modells werden Daten gesammelt, um Bereiche zu ermitteln, die einer weiteren Analyse oder Bewertung bedürfen.
Die Herausforderung:
Die Modelle variieren erheblich in Design und Vielfalt und können ein Gebäude, eine Brücke, einen Schornstein, ein Sportstadion, eine Offshore-Plattform oder einen Windkraftturm darstellen, wobei Nutzungskriterien berücksichtigt werden. Diese Modelle sind mit zahlreichen Druckanschlüssen unter 1 mm Durchmesser ausgestattet, die eine genaue Messung des lokalen Drucks an oft 300–500 Messpunkten ermöglichen. Das Modell und die Plattform werden normalerweise von einem multidirektionalen Podest getragen. Anhand der Daten wird ermittelt, ob die Struktur bei unterschiedlichen Windbedingungen das erwartete Verhalten zeigt. Diese Tests können teuer und zeitaufwändig sein. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, jederzeit eine effiziente Erfassung qualitativ hochwertiger und gültiger Daten sicherzustellen.
Genaue und konsistente Daten von einem bewährten und zuverlässigen Messgerät stellen sicher, dass Messeffekte minimiert werden und die Daten die Auswirkungen von Wind und Turbulenzen auf eine Struktur in voller Größe wirklich widerspiegeln. Basierend auf der Analyse der Vielzahl der gesammelten Daten können Entscheidungen darüber getroffen werden, ob die Struktur akzeptabel ist oder Designänderungen erforderlich sind, wie z. B. das Hinzufügen von Tragflügelabschnitten, Wirbelunterbrechern, Dämpfern oder anderen Vorrichtungen.
Herausforderungen bei der Messung so vieler lokaler Drücke können durch den Einsatz von Druckscannern bewältigt werden, die sehr schnell und genau große Mengen Daten synchron erfassen und diese an ein Datenerfassungssystem übertragen. Um sicherzustellen, daß die Daten konsistent und genau gemessen werden, mit minimalen Ausfallzeiten oder Eingriffen, werden selbstnullende Scanner (auto-zero) mit Spülfunktionen (Purge) verwendet. Oftmals werden die Drucksensoren während der Tests regelmäßig überprüft, kalibriert und auf Null gesetzt, um die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der gescannten Druckdaten zwischen den einzelnen Testläufen sicherzustellen. Normalerweise werden mehrere Druckscanner zusammengeschaltet (multiplexed), um Daten von möglichst vielen Messpunkten zu sammeln. Die Platzbeschränkungen durch die Miniaturisierung der Windkanalmodelle stellen dabei häufig das größte Problem dar.
Typische Anwender:
Staatliche, kommerzielle und universitäre Forschungseinrichtungen besitzen und betreiben die Windkanäle. Sie werden in der Regel damit beauftragt, geeignete Daten zu sammeln, um sie dem Architekturteam des Bauwerks vorzulegen. Einige Berater für bebaute Umwelt betreiben eigene Windkanäle und bieten ihren Kunden eine umfassende, schlüsselfertige Beratung mit Daten und Lösungen an.
Eine Lösung ist ein kompakter, leistungsstarker Druckscanner
- Dedizierter Sensor für jeden Kanal (bis zu 64 Kanäle)
- Temperaturkompensierte Sensoren mit hoher Genauigkeit
- Netzwerkfähiges Ethernet für schnelle Systemintegration
- Schnelle Datenerfassung bis zu 2500 Proben/Kanal/Sekunde
- Dynamische Nullpunktkorrektur für unübertroffene Sensorstabilität
- IEEE1588-2008v2 PTP-Kompatibilität
- Abnehmbare Anschlußleisten für flexible Installation
- Integrierter Webserver
- Einfache LabVIEW-Integration
Die Druckscanner Scanivalve MPS 4264 werden im Modell oder unter der drehbaren Plattform montiert, um die riesigen Datenmengen zu erfassen, die während des Tests generiert werden. Ethernet-Ausgänge und Stromversorgungen können über lokale Scanivalve-Hubs gemultiplext werden, was die Kompaktheit der Lösung weiter erhöht, da ein Hub die Echtzeitdaten von über 500 Live-Druckmessungen synchron verarbeitet.
Bei dieser Anwendung müssen häufig sehr niedrige Windgeschwindigkeiten erfasst werden. Dies erfordert Scanner mit sehr kleinen Messbereichen, kombiniert mit hoher Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Empfindlichkeit. Scanivalve MPS ist für den Einsatz bereits im Bereich von 4 Zoll H2O (~10 mbar) geeignet, wobei auch andere kundenspezifische Bereiche für alle Anwendungen möglich sind.
Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Datenraten von bis zu 2500 Hz/Kanal im „Fast Mode“ maximieren die Menge wertvoller Daten, die während eines einzelnen Testlaufs gesammelt werden können. Diese Daten werden in einer beliebigen technischen Einheit aufbereitet und stellen den Testingenieuren aussagekräftige Protokolle zur Analyse bereit. Durch die Verkürzung der Testläufe kann der Anwender erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen erzielen.
Durch abnehmbare Anschlüsse am Scanner können die maximal 64 Messstellen bequem angeschlossen werden, bevor der Scanner/das Modell im Tunnel installiert wird. Dies erhöht die Vielseitigkeit der Verwendung eines Scanners an mehreren Modellen und vermeidet unnötige Ausfallzeiten während Testperioden. Die Header können zur späteren Verwendung am Modell montiert verbleiben.
Die Integration des Scanivalve MPS ist schnell und einfach. Der integrierte Webserver ermöglicht die Einrichtung des Scanners von einem PC aus und die weitere Integration in ein LabVIEW-Paket, sodaß keine separaten Signalwandler oder zusätzliche Installationen erforderlich sind.
Wenn nur eine geringe Anzahl von Kanälen erforderlich ist und der Platzbedarf kein Problem darstellt, entscheiden sich Benutzer für den Scanivalve DSA, mit dem 16 Datenkanäle synchron gemessen und über Ethernet übertragen werden können. Auch diese können über Ethernet „verkettet“ und mit einem Zeitstempel versehen werden, was eine hochpräzise Synchronisierung der Daten aus vielen kompatiblen Messquellen ermöglicht.
Zusätzlich zu einem vielseitigen Sortiment an Hochleistungs-Druckscannern bietet EvoMestec die größte Auswahl an Zubehör, einschließlich Druckschläuchen und Anschlüssen, die eine sehr schnelle und effiziente Inbetriebnahme des Testmodells ermöglichen.
