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On the Potential of Aerodynamic Pressure Measurements for Structural Damage Detection

Franz, Philip Imanuel und Abdallah, Imad und Duthé, Gregory und Deparday, Julien und Jafarabadi, Ali und Jian, Xudong und von Danwitz, Max und Popp, Alexander und Barber, Sarah und Chatzi, Eleni (2025) On the Potential of Aerodynamic Pressure Measurements for Structural Damage Detection. Wind Energy Science, 10 (12), Seiten 3001-3026. Copernicus Publications. doi: 10.5194/wes-10-3001-2025. ISSN 2366-7443.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
8MB

Offizielle URL: https://wes.copernicus.org/articles/10/3001/2025/wes-10-3001-2025.html

Kurzfassung

This study investigates the potential of using aerodynamic pressure time series measurements to detect structural damage in elastic, aerodynamically loaded structures. Our work is motivated by the increase in the dimensions of modern wind turbine blade (WTB) designs, whose complex behavior necessitates the adoption of improved simulation and structural monitoring solutions. In refining the tracking of aerodynamic interactions and their effects on such structures, we propose to exploit aerodynamic pressure measurements, available from a novel, cost-effective, and non-intrusive sensing system, for structural damage assessment on wind turbine blades. This proof-of-concept study is based on a series of wind tunnel experiments on an NACA 633418 airfoil. The airfoil is mounted on a vertically oscillating cantilever beam with structural damage introduced in the form of a crack by gradually sawing the cantilever beam close to its support. The pressure distribution on the airfoil is measured under diverse configurations of inflow conditions and structural states, including different angles of attack, wind velocities, heaving frequencies, and crack lengths. We further propose an algorithm, relying on convolutional neural networks (CNNs), for damage detection and rating based on the monitored signals. Analysis of the dynamics of the system using reference acceleration measurements and a finite element (FE) model and application of the suggested method on the experimental data indicate that aerodynamic pressure measurements on airfoils can indeed be used as an indirect approach for damage detection and severity classification on elastic, beam-like structures in mildly turbulent environments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213108/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:On the Potential of Aerodynamic Pressure Measurements for Structural Damage Detection
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Franz, Philip Imanuelphilip.franz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-7384-9371202854124
Abdallah, Imadai (at) rtdt.aihttps://orcid.org/0000-0001-8678-0965NICHT SPEZIFIZIERT
Duthé, Gregoryduthe (at) ibk.baug.ethz.chNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Deparday, Julienjulien (at) rtdt.aihttps://orcid.org/0000-0001-8040-546XNICHT SPEZIFIZIERT
Jafarabadi, Aliali.jafarabadi (at) empa.chNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jian, Xudongxudong.jian (at) sec.ethz.chNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
von Danwitz, Maxmax.vondanwitz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2814-0027202854125
Popp, Alexanderalexander.popp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8820-466X202854126
Barber, Sarahsarah.barber (at) ost.chNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chatzi, Elenichatzi (at) ibk.baug.ethz.chNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 Dezember 2025
Erschienen in:Wind Energy Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.5194/wes-10-3001-2025
Seitenbereich:Seiten 3001-3026
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Bottasso, Carlo L.Technische Universität MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Auburn, SandrineEcole Centrale de NantesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cutululis, NicolaosTechnical University of DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fleming, PaulNational Renewable Energy Laboratory (NREL) U.S.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gottschall, JuliaFraunhofer IWESNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kolios, AthanasiosTechnical University of DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mann, JakobTechnical University of Denmark, Roskilde, DenmarkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Veers, PaulNational Renewable Energy Laboratory (NREL) U.S.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:2366-7443
Status:veröffentlicht
Stichwörter:damage detection, structural health monitoring, aerodynamic pressure distribution, convolutional neural networks, wind tunnel study
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:keine Zuordnung
DLR - Forschungsgebiet:keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):keine Zuordnung
Standort: Rhein-Sieg-Kreis
Institute & Einrichtungen:Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen
Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen > Simulationsmethoden für Digitale Zwillinge
Hinterlegt von: Franz, Philip Imanuel
Hinterlegt am:19 Jan 2026 08:59
Letzte Änderung:22 Jan 2026 13:43

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