Entwicklung eines Verfahrens zur photogrammetrischen Verformungsmessung mittels handelsüblicher Digitalkamera und Systemidentifikation mit der Methode der inversen finiten Elemente

Um die Standsicherheit und Funktionstuchtigkeit bestehender Bauwerke wahrend ihrer gesamten Lebensdauer gewahrleisten zu konnen, sind regelmasige Untersuchungen und Bewertungen unerlasslich. Von besonderem Interesse sind dabei zerstorungsfreie Prufmethoden, die beispielsweise auf Verformungs- oder Frequenzmessungen an der Struktur basieren. Im ersten Teil dieser Arbeit werden Verfahren vorgestellt, die das Potenzial handelsublicher Digitalkameras aus dem Jahre 2015 nutzen, um solche Messungen photogrammetrisch durchzufuhren. Dazu wird die Position vorgegebener Punkte der Struktur in mehreren, nacheinander aufgenommenen Fotos des unverformten und verformten Zustands zunachst in Pixeln identifiziert und anschliesend in echte Langeneinheiten umgerechnet. Die hierzu notige genaue Kenntnis der Kamera und des Abbildungsvorgangs sowie dessen Invertierung werden eingehend erlautert. Ein numerisches Verfahren zur Systemidentifikation bildet die Methode der inversen Finiten Elemente (iFEM), die im zweiten Teil dieser Arbeit vorgestellt und weiterentwickelt wird. Einer klassischen Modellierung mit Finiten Elementen werden zusatzliche Struktur- und Lastfreiheitsgrade hinzugefugt. Diese, sowie Abweichungen der rechnerischen Losung von Messwerten, die an der bestehenden Struktur durchgefuhrt werden, werden mit Kosten bestraft, die es zu minimieren gilt. Es wird eine Erweiterung prasentiert, bei der die Kostenfunktion direkt minimiert wird, was unter anderem eine Berucksichtigung von Eigenfrequenzen als zusatzliche Messwerte und die Beschrankung von Freiheitsgraden erlaubt. Im dritten Teil der Arbeit werden zunachst in einer Reihe von Laborversuchen die Leistungsfahigkeiten und Genauigkeiten der photogrammetrischen Messmethode und der iFEM untersucht. Verformungen konnen mit einer Genauigkeit von ±0,2 Pixel ermittelt werden. Unter Berucksichtigung der Auflosung der verwendeten Kamera und einer Breite des Messbereichs von 30 cm entspricht dies 0,008 mm. Ebenso kann die grundsatzliche Funktionstuchtigkeit der iFEM gezeigt werden. Allerdings bleibt die Methode bei einer Reihe von Anwendungen deutlich hinter den Erwartungen zuruck. Schlieslich werden die Methoden bei realen Anwendungsbeispielen eingesetzt, um ihre Praxistauglichkeit zu demonstrieren.