Viele Persönlichkeiten. Zwei Standorte. Eine BO.

Prof. Dr.-Ing. Inka Mueller

Lehr-/Fachgebiet: Technische Mechanik
Lebenslauf
ORCID


Forschung

Structural Health Monitoring, Zuverlässigkeit von SHM-Systemen, piezoelektrische Wandler, Schwingungsanalyse von Systemen, Acousto-Ultrasonics, Nutzung datenbasierter Modelle für die Zustandsüberwachung

C7 - SFB 837

Vibrationsbasierte Zustandsüberwachung von Abbauwerkzeugen im Tunnelbau SFB 837

Verschleiß und reduzierte Lebenszeiten von Werkzeugen von Tunnelbohrmaschinen (TBM) wirken einer verbesserten Effizienz von Vortriebsprozessen entgegen. Insbesondere ungeplante Instandhaltungsmaßnahmen, wie der notwendige Austausch einer Schneiddiske oder gar der Austausch des kompletten Schneiddiskenträgersystems, führen zu erhöhter Standzeit und steigenden Kosten. Im Rahmen des Teilprojekts C7 des Sonderforschungsbereichs 837 steht die Erkennung und Identifikation von Verschleiß und Schäden an Schneiddisken im Vordergrund. Ein Überwachungssystem soll kontinuierlich den aktuellen Diskenzustand überprüfen und ermöglicht die Anpassung von Prozessparametern und Wartungsintervallen. Bei stationären, rotierenden Maschinen wie Turbinen oder Lagern hat sich der Einsatz von Schwingungsmessungen zur Überwachung des Maschinenzustands als erfolgreich und sensibel auch für kleinere Schäden, lange vor dem Ausfall erwiesen und ermöglicht eine zustandsorientierte Wartung. Da bei TBM die Messung direkt an der Diske unmöglich ist und der Tunnelvortrieb im Vergleich zur Rotation einer Turbine nicht stationär ist, ist der Einsatz von Schwingungsmessung nur dann erfolgversprechend, wenn sie mit intelligenter Merkmalsextraktion und Mustererkennung kombiniert wird. Für Überwachungssysteme, die unter wechselnden Umwelt- und Betriebsbedingungen arbeiten, ermöglichen verschiedene Mittel der Datenanalyse, zwischen deren Einflüssen und Schäden zu unterscheiden. Diese Konzepte müssen für den Tunnelbau angepasst werden, wo die Betriebsbedingungen sowie wechselnde Abraumeigenschaften die Schwingungen dominieren. Ziel des Teilprojekts C7 ist die Entwicklung eines Überwachungssystems zur Erkennung und Identifizierung von Verschleiß und Schäden an Schneiddisken am Schneidrad während des Schneidprozesses anhand von schwingungsbasierten Merkmalen, um einen effizienten Einsatz von TBM zu ermöglichen.

Internetseite des SFB 837


ITN GW4SHM

ESR 7: Reliability Assessment for Guided Wave-based Monitoring of Pipeline Systems

Although the use of guided wave-based SHM for pipelines is known to be the most industrial application, the possibilities for technical and normative qualification of these kinds of SHM systems is clearly limited. State of the art is the usage of so-called receiver operating characteristic curves (ROC), a well-known strategy for illustrating the diagnostic ability of binary classifier systems. It does not include information about the largest possible defect to be overseen. Instead of having a location-specific reliability assessment, the location is included as a parameter, leading to the variance of the probability density. For some applications,this procedure is lacking location dependency and information output, like outputs established NDT-procedures. Within this project, the objective is to increase the usage of guided wave-based SHM methods by improving methods for the assessment of reliability and its standardisation. Therefore, quantification of location dependency for reliability assessment is necessary. Special focus is the petrochemical industry and civil infrastructure pipelines, taking into account technical hot spots for special damage types. To enable adequate information output, like the well-known output of NDT-procedures, a combination of experimental and simulation-based data on specific damage types is necessary. Moreover, within the IRP different signal processing methods need to be investigated regarding the influence on reliability assessment.

website of the consortium


DFG Wissenschaftliches Netzwerk

Unter Structural Health Monitoring (SHM) werden kontinuierliche oder periodische und automatisierte Methoden zur Bestimmung und Überwachung des Zustandes eines Überwachungsobjektes innerhalb der Zustandsüberwachung verstanden. Diese erfolgt durch Messungen mit permanent installierten bzw. integrierten Aufnehmern und durch Analyse der Messdaten. Um Structural Health Monitoring Systeme ganzheitlich bewerten und für gesellschaftlich relevante Projekte wie zivile Infrastruktur einsetzen zu können, fehlen derzeit Methoden zur Gütebestimmung dieser Systeme, die über einen Test am spezifischen Anwendungsbeispiel hinausgehen. Insbesondere für den Bereich des SHM basierend auf geführten Wellen gibt es bislang keine etablierte Vorgehensweise zur Qualifizierung der Systeme, sodass dies den Fokus des beantragten wissenschaftlichen Netzwerks bildet. Wellenbasierte, aktive SHM-Systeme sind thematisch mit klassischen Ultraschallverfahren verknüpft. Für diese Verfahren liegen Methoden zur Gütebestimmung vor. Jedoch gibt es eine Reihe von Unterschieden. Entscheidend ist beispielsweise, dass SHM-Systeme feste Sensorpositionen aufweisen, die eine Ortsabhängigkeit des Ergebnisses zur Schadensdetektion nach sich ziehen. Zudem ermöglichen viele wellenbasierte SHM-Systeme die Ausgabe einer Reihe von schadensrelevanten Parametern wie Schadensort, Schadensgröße etc. Hier scheint die Reduktion der Daten auf einen festen Wert des Schadensindikators, wie es für das klassische Verfahren zur Gütebestimmung in der zerstörungsfreien Prüfung notwendig ist, nicht sinnvoll. Diese Unterschiede als Mehrwert auch in der Gütebestimmung nutzbar zu machen, ist aus Sicht der Mitglieder zwingend erforderlich. Ziel des wissenschaftlichen Netzwerks ist es daher, durch themenbezogenen Austausch ein gemeinsames Verständnis für die aktuellen Probleme in der ganzheitlichen Gütebestimmung von wellenbasierten SHM-Systemen zu entwickeln, gemeinsam Lösungsansätze zu diskutieren, diese zu publizieren und als Grundlage für mögliche zu beantragende Forschungsprojekte auszuarbeiten.

Beteiligte ForscherInnen:

  • Steffen Freitag - Ruhr-Universität Bochum

  • Mikhail Golub - Kuban State University, Russland

  • Yevgeniya Logovtsova - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Berlin

  • Vittorio Memmolo - Univerità degli Studi di Napoli FEDERICO II, Italien

  • Maria Moix-Bonet - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Braunschweig

  • Jochen Moll - Goethe-Universität Frankfurt

  • Kathrin Möllenhoff - Eindhoven University of Technology, Niederlande

  • Inka Mueller - Hochschule Bochum

  • Ramanan Sridaran Venkat - Universität des Saarlandes

  • Kilian Tschöke - Fraunhofer Institut für keramische Technologien und Systeme Dresden

Projektbeschreibung in GEPRIS


Curriculum 4.0

Im Masterstudiengang Maschinenbau soll im Wahlpflichtmodul "Einführung in Structural Health Monitoring" ein MATLAB-basiertes Datenmanagement genutzt werden. In Kleingruppen entwickeln die Studierenden selbstständig kompatible SHM-Systeme, die die Potenziale in der Anwendung von SHM-Systemen nutzen, die die digitale Transformation erst ermöglichen. In der Vergangenheit war dieser Aspekt nicht Teil des Moduls. Im Pflichtmodul "Numerische Methoden" soll ein Inverted-Classroom-Modell entwickelt werden, in welches MATLAB einbezogen wird. Die Implementierung erfolgt primär im Rahmen von Moodle. Interessant ist sicherlich auch, dass sich im Zusammenspiel beider Module eine sehr erfahrene Lehrkraft (Prof. Dr. Claudia Frohn-Schauf, Lehrpreisträgerin der Hochschule) mit einer neuberufenen Professorin (Prof. Dr. Inka Mueller) austauschen kann, um neue Impulse für die Lehre zu kreieren. Ziel beider Module ist es, die Studierenden unter Einsatz neuer moderner Lehrmethoden mit digitaler Unterstützung auf ihre Zukunft im Zeitalter von Digitalisierung und Industrie 4.0 vorzubereiten. Die Entwicklung der Konzepte und die erste Durchführung im normalen Lehrbetrieb sind Teil des geförderten Vorhabens.

Webseite des Stifterverbands


Industrieforschung

Wir sind im Bereich Condition Monitoring, experimentelle Ermittlung von mechanischen Größen und Datenanalyse gut ausgestattet und führen in diesem Rahmen Industrieprojekte durch. Kontaktieren Sie uns bei Interesse gerne per Mail.


Veröffentlichungen

2021

2021

Golub, M. V.; Shpak, A. N.; Mueller, I.; Fomenko, S. I. & Fritzen, C.-P.: Lamb Wave Scattering Analysis for Interface Damage Detection between a Surface-Mounted Block and Elastic Plate, In: Sensors, 2021, 21, 860


2020

Tewolde, Simon; Hoeffer, Ruediger; Mueller, Inka; Haardt, Holger; Krieger, Jens: Application of SHM Systems for Operation Optimization of Offshore Wind Turbines, SHM Journal, submitted 2020

Tschöke, K.; Mueller, I.; Memmolo, V.; Moix-Bonet, M.; Moll, J.; Lugovtsoval, Y.; Golub, M.; Sridaran Venkat, R.; Schubert, L.: Model-assisted Probability of Detection studies of Structural Health Monitoring systems based on guided waves for fibre-reinforced composites, In: Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2020, submitted

Shpak, A.; Mueller, I.; Golub, M. & Fritzen, C.-P.: Theoretical and experimental investigation of Lamb waves excited by partially debonded piezoelectric transducers. In: Smart Materials and Structures, vol. 29, no. 4, p. 45043, 2020

Shpak, A.; Golub, M.; Mueller, I.; Eremin, A.; Kathol, J.; Fritzen, C.-P.: Influence of a delamination on Lamb wave excitation by a nearby piezoelectric transducer, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, p. 1045389X2091997, 2020

Mueller, I.: Hands on – Von der Theorie in die Praxis. Ein Anwendungsbeispiel aus den Ingenieurwissenschaften, In: Straub J., Plontke S., Ruppel P., Frey B., Mehrabi F., Ricken J. (eds) Forschendes Lernen an Universitäten, pp. 251–260, Springer VS, Wiesbaden, 2020

Shpak, A.; Golub, M.; Mueller, I.; Fritzen, C.-P.; Experimental and numerical aspects of Lamb waves excitation and sensing by rectangular piezoelectric transducers, In: European Workshop on Structural Health Monitoring, EWSHM2020, Palermo, 2020

Mueller, I.; Shpak, A.; Fritzen, C.-P.; Golub, M.: Production-induced variance of guided wave-based SHM systems – a case study, In: European Workshop on Structural Health Monitoring, EWSHM2020, Palermo, 2020

Priebe S.; Brackmann, L; Alabd Allah, A.; Butt, S.; Röttger, A.; Meschke, G.; Mueller, I.: Comparison of Hilbert Transform and Complex Demodulation for Defect Identification in Cutting Discs using Vibration-based Feature Extraction,In: European Workshop on Structural Health Monitoring, EWSHM2020, Palermo, 2020

Tewolde, S.; Höffer, R. & Mueller, I.: Towards Structural Health Monitoring based Risk Based Inspection planning for offshore wind turbine support structures, In: XI International Conference on Structural Dynamics – EURODYN 2020, Athens, 2020,

Shpak, A. N.; Golub, M. V.; Glinkova, S. A.; Fomenko, S. I. & Mueller, I.: Guided waves sensing with piezoelectric wafer active sensors, Proceeding of the 14th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures, AIP Publishing, 2020

Mueller, I.; Shpak, A.; Doroshenko, O.; Golub, M.: About the importance of numerical models for quality assessment of guided wave-based structural health monitoring, Conference Talk, Days of Diffraction 2020, St. Petersburg, Russia, May 25-29, 2020


2015 - 2019

Alabd Allah, A.; Butt, S.; Galler, R.; Meschke, G.; Mueller, I.: Vibration-based Feature Extraction to Identify Damage in Cutting Discs – A Concept Description, In: ETS Tunneling and Underground Construction Conference and Exhibition, Luxor, 2019

Butt, S.; Alabd Allah, A.; Mueller, I.; Meschke, G.: Computational analysis of cutting-disc-rock interaction in heterogeneous ground conditions, In: Proceedings of TBM DiGs 2019, Tunnel Boring Machines in Difficult Grounds, Golden, 2019

Mueller, I.; Moll, J.; Tschöke, K.; Prager, J.; Kexel, C.; Schubert, L.; Lugovtsova, Y.; Bach, M.; Vogt, T.: SHM using Guided Waves – Recent Activities and Advances in Germany, In: International Workshop on Structural Health Monitoring, IWSHM 2019, Stanford, 2019

Golub, M.V.; Eremin, A.A.; Wilde, M.V.; Shpak, A.N.; Mueller, I.: Guided Lamb and Edge Wave Excitation by Piezoelectric Transducers in Elastic Plates, In: 23rd International Congress on Acoustics, Aachen, 2019

Ratkovac, M.; Mueller, I.; Höffer, R.: Artificial Intelligence-based Estimation of the Consumed Fatigue-related Lifetime for an Operating Wind Turbine Support Structure, In: Fifth Conference on Smart Monitoring, Assessment and Rehabilitation of Civil Structures, Potsdam, 2019

Shpak, A.N.; Golub, M.V.; Eremin, A.; Mueller, I.; Kathol, J.; Fritzen, C.-P.: Theoretical and Experimental Investigation of Lamb Waves Induced by Bonded and Debonded Piezoactuators in a Plate with a Delamination, In: 9th ECCOMAS Thematic Conference on Smart Structures and Materials, Paris, 2019

Tschöke, K.; Gaul, T.; Schubert, L.; Mueller, I.: Rechnergestützte POD-Bestimmung für SHM-Verfahren basierend auf geführten Wellen im Automobilbereich, In: Proceedings of DACH-Jahrestagung, Friedrichshafen, 2019

Mueller, I.; Vogt, T.: Referenzfehler – POD – Normung, zur industriellen Reife von SHM-Systemen basierend auf geführten Wellen. In: 22. Kolloquium Schallemission und 3. Anwenderseminar Zustandsüberwachung mit geführten Wellen, Karlsruhe, 2019

Mueller, I. & Fritzen, C.-P.: Failure Assessment of Piezoelectric Actuators and Sensors for increased Reliability of SHM-Systems, In: Structural Health Monitoring – from Sensing to Processing, ISBN: 978-953-51-6275-9, 2018

Mueller, I. & Fritzen, C.-P.: Inspection of Piezoceramic Transducers Used for Structural Health Monitoring. In: Materials, 2017, Nr. 1, doi: 10.3390/ma10010071

Mueller, I.; Shpak, A.; Golub, M. V.; Fritzen, C.-P.: Effects of Debonding of PWAS on the Wave Propagation and the Electro-Mechanical Impedance Spectrum. In: European Workshop on Structural Health Monitoring EWSHM2016, Bilbao, 2016

Fritzen, C.-P.; Schmidt, C.; Ginsberg, D.; Mueller, I.; Volkmer, K.; Carolus, T.: Influence of Environmental Conditions and Damage on the Modal Properties of a Small Scale Wind Turbine – A Case Study. In: European Workshop on Structural Health Monitoring EWSHM2016, Bilbao, 2016

Golub M.V.; Shpak A.N.; Mueller I.; Fritzen C.-P.: Numerical simulation of Lamb wave excitation by the partially debonded rectangular strip-like piezoelectric actuator based on the integral approach and hp-FEM, In: Proceedings of the International Conference "Days on Diffraction 2016", S. 171-176.

Niu, Y.; Fritzen, C.-P.; Jung, H.; Buethe, I.; Ni, Y.-Q. & Wang, Y.-W.: Online Simultaneous Reconstruction of Wind Load and Structural Responses – Theory and Application to Canton Tower. In: Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 2015, Nr. 30, S. 666-681, doi: 10.1111/mice.12134

Golub, M.V.; Shpak, A.N.; Buethe, I. & Fritzen, C.-P.: Harmonic Motion Simulation and Resonance Frequency Determination for a Piezoelectric Strip-like Actuator using High Precision Finite Element Method. In: Computational Continuum Mechanics (Russian), 2015, S. 397-407, doi: 10.7242/1999-6691/2015.8.4.34

Buethe, I.; Dominguez, N.; Jung, H.; Fritzen, C.-P.; Ségur, D. & Reverdy, F.: Path-based MAPOD using Numerical Simulations. In: Smart Intelligent Aircraft Structures (SARISTU) - Proceedings of the Final Project Conference, Springer, 2015, S. 631-642

Loendersloot, R.; Buethe, I.; Michaelidos, P.; Moix-Bonet, M. & Lampeas, G.: Damage Identification in Composite Panel - Methodologies and Visualisation. In: Smart Intelligent Aircraft Structures (SARISTU) - Proceedings of the Final Project Conference, Springer, 2015, S. 579-604

Buethe, I. & Fritzen, C.-P.: Quality Assessment for the EMI-based Inspection of PWAS. In: International Workshop on Structural Health Monitoring, Stanford, 2015

Schubert, L.; Bach, M.; Berger, U.; Buethe, I.; Fritzen, C.-P.; Jung, H.; Lieske, U. & Raddatz, F.: Towards the Deployment of Acousto-Ultrasonics-based SHM in Industry. In: International Workshop on Structural Health Monitoring, Stanford, 2015

Schubert, L.; Bach, M.; Berger, U.; Buethe, I.; Fritzen, C.-P.; Jung, H.; Lieske, U. & Raddatz, F.: SHM 01 – Structural Testing with Guided Waves, English Version of Information Sheet of German Association of Nondestructive Testing, 2015


2010 - 2014

Buethe, I.; Eckstein, B. & Fritzen, C.-P.: Model-based detection of sensor faults under changing temperature conditions. In: Journal of Structural Health Monitoring 13, 2014, Nr. 2, S. 109-119

Torres-Arredondo, M. A.; Tibaduiza, D. A.; Buethe, I.; Mujica, L. E.; Vejar, M.; Rodellar, J. & Fritzen, C.-P.: Validation of Damage Identification using Non-linear Data-Driven Modelling. In: IGI Encyclopedia of Information Science and Technology, 2014

Torres-Arredondo, M. A.; Tibaduiza, D. A.; Buethe, I.; Mujica, L. E.; Vejar, M.; Rodellar, J. & Fritzen, C.-P.: Methodologies of Damage Identification using Non-linear Data-Driven Modelling In: IGI Encyclopedia of Information Science and Technology, 2014

Ansari, F.; Buethe, I.; Niu, Y.; Fritzen, C.-P. & Fathi, M.: Integration of Knowledge-based Approach in SHM Systems. In: Transactions on Engineering Technologies Vol. 55, Springer, 2014, S. 765-779

Buethe, I.; Moix-Bonet, M.; Wierach, P. & Fritzen, C.-P.: Check of Piezoelectric Transducers Using the Electro-Mechanical Impedance. In: Proceedings of the 7th European Workshop on Structural Health Monitoring, 2014

Fritzen, C.-P.; Moll, J.; Chaaban, R.; Eckstein, B.; Kraemer, P.; Klinkov, M.; Dietrich, G.; Yang, C.; Xing, K. J. & Buethe, I.: A Multifunctional Device for Multi-channel EMI and Guided Wave Propagation Measurements with PWAS. In: EWSHM - 7th European Workshop on Structural Health Monitoring, 2014

Moix-Bonet, M.; Buethe, I.; Bach, M.; Fritzen, C.-P. & Wierach, P.: Durability of Co-bonded Piezoelectric Transducers. In: 2nd International Conference on System-Integrated Intelligence: Challenges for Product and Production Engineering, 2014

Golub, M. V.; Buethe, I.; Shpak, A. N.; Fritzen, C.-P.; Jung, H. & Moll, J.: Analysis of Lamb Wave Excitation by the Partly Debonded Circular Piezoelectric Wafer Active Sensors. In: 11th European Conference on Non-Destructive Testing (ECNDT 2014), Prague, Czech Republic, 2014

Schubert, L.; Bach, M.; Berger, U.; Buethe, I.; Fritzen, C.-P.; Jung, H.; Lieske, U. & Raddatz, F.: SHM 01 - Strukturprüfung mit geführten Wellen als Sonderform des Ultraschalls, Merkblatt der Deutschen Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung, 2014

Torres-Arredondo, M. A.; Buethe, I.; Tibaduiza, D. A.; Rodellar, J. & Fritzen, C.-P.: Damage detection and classification in pipework using acousto-ultrasonics and non-linear data-driven modelling. In: Journal of Civil Structural Health Monitoring 3, 2013, Nr. 4, S. 297-306

Buethe, I. & Fritzen, C.-P.: Sensor Performance Assessment Based on a Physical Model and Impedance Measurements. In: Key Engineering Materials, 2013, 569-570, S. 751-758

Fritzen, C.-P.; Kraemer, P. & Buethe, I.: Vibration-based Damage Detection under Changing Environmental and Operational Conditions. In: Advances in Science and Technology, 2013, 83, S. 95-104

Buethe, I. & Fritzen, C.-P.: Investigation on Sensor Fault Effects of Piezoelectric Transducers on Wave Propagation and Impedance Measurements. In: Comsol Conference 2013, Rotterdam. 2013

Golub, M. V.; Shpak, A. N.; Buethe, I.; Fritzen, C.-P.; Jung, H. & Moll, J.: Continuous wavelet transform application in diagnostics of piezoelectric wafer active sensors. In: Days on Diffraction, 2013, S. 59-64

Niu, Y.; Buethe, I.; Ansari, F.; Fathi, M. & Fritzen, C.-P.: Towards Integration of a Knowledge-Based Approach into SHM. In: 5th European-American Workshop on Reliability of NDE, 2013

Ansari, F.; Niu, Y.; Buethe, I.; Fritzen, C.-P. & Fathi, M.: Integration of Knowledge-based Approach in SHM Systems: A Case Study of Force Identification. In: Lecture Notes in Engineering and Computer Science: Proceedings of The World Congress on Engineering and Computer Science 2013, WCECS 2013, 2013, San Francisco, USA, S. 1185-1189

Buethe, I.; Kraemer, P. & Fritzen, C.-P.: Applications of Self-Organizing Maps in Structural Health Monitoring. In: Key Engineering Materials 518, 2012, S. 37-46

Buethe, I.; Torres-Arredondo, M.; Mujica, L.; Rodellar, J. & Fritzen, C.-P.: Damage Detection in Piping Systems Using Pattern Recognition Techniques. In: 6th European Workshop on Structural Health Monitoring, 2012

Torres-Arredondo, M. A.; Buethe, I.; Tibaduiza, D. A.; Rodellar, J. & Fritzen, C.-P.: Damage Detection and Classification in Pipework using Acousto-Ultrasonics and Probabilistic Non-linear Modelling, Conference on Civil Structural Health Monitoring, CSHM 4, Berlin, 2012

Kraemer, P.; Buethe, I. & Fritzen, C.-P.: Damage detection under changing operational and environmental conditions using Self Organizing Maps. In: 5th ECCOMAS Thematic Conference on Smart Structures and Materials SMART'11, 06.-08. Jul. 2011, Saarbrücken, Deutschland, 2011

Kraemer, P.; Buethe, I. & Fritzen, C.-P.: Damage Detection under Variable Environmental Conditions using Self-Organizing Maps. In: IMECO Cracow, Poland, 2010


Inka Mueller
Prof. Dr.-Ing. Inka Mueller
Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau
Hochschule Bochum
Am Hochschulcampus 1
44801 Bochum
Raum: C 2-29
Tel.: +49 234 32 10420
Fax: +49 234 32 14275

Sprechstunde:
offene Online-Sprechstunden in der vorlesungsfreien Zeit in BBB (https://glight.hs-bochum.de/b/ink-eqs-6g2):
27.08.21 14:00-15:00 Uhr
30.08.21 16:00-17:30 Uhr
03.09.21 10:00-12:00 Uhr
06.09.21 14:00-16:00 Uhr