Charakterisierung des strukturdynamischen Verhaltens von Faser-Metall-Laminaten unter Anregung gefhrter Ultraschallwellen

Das Ziel dieses Buches ist die Charakterisierung und Beschreibung des Ausbreitungsverhaltens gefhrter Ultraschallwellen (GUW) in Faserverbund-Metall-Laminaten (FML). Sie gliedert sich in drei experimentelle Untersuchungen. Im ersten Experiment wird das Phasenverhltnis der Schwingungen an Strukturober und -unterseite als Ma fr die hnlichkeit zu den fr isotrope Materialien hergeleiteten Lamb-Wellen untersucht. Dazu erfolgt die Entwicklung eines Verfahrens zum Phasenwinkelvergleich, welches auf der Continuous Wavelet Transformation sowie der Short-Time Fourier-Transformation beruht. Damit kann anhand simulierter Zeitsignalverlufe in verschiedenen Strukturen gezeigt werden, dass sich auch in FML die gefhrten Wellen wie klassische Lamb-Wellen ausbilden. Auch in einer experimentellen Untersuchung an einem FML kann die Beobachtungen fr gleichphasige Schwingungen besttigt und fr Schwingungen mit Phasenversatz geschlussfolgert werden. Im anschlieenden Experiment wird die Frage adressiert, wie sich das Wellenausbreitungsverhalten im Inneren von FML verhlt. Dazu werden auf piezoelektrischem Polyvinylidenfluorid (PVDF)-basierende Foliensensoren gewhlt, die sich aufgrund ihrer geringen Abmae und ihrer geringen akustischen Impedanz gut fr die mglichst rckwirkungsarme Integration in flache Strukturen aus Faserverbundkunststoff (FVK) eignen. Die erwartete Wirkweise der PVDF-Foliensensoren unter GUW-Erfassung wird erklrt. Anschlieend erfolgt die experimentelle Untersuchung des FML, in deren Rahmen die Wellenmoden identifiziert werden sowie eine Abschtzung des Verschiebungsfeldverlaufes entlang der Strukturhhe gegeben wird. Die Ergebnisse liefern einen experimentellen Hinweis auf die Modenkopplung im gewhlten Laminataufbau. Das dritte und letzte Experiment liefert den konkreten Anwendungsfall der Schadensdetektion und -charakterisierung in FML. Dazu werden im Rahmen einer Parameterstudie ein Referenzlaminat sowie zwei Laminate mit knstlichen Delaminationen bei ansonsten bereinstimmendem Laminataufbau gefertigt. Ziel ist zum einen die Untersuchung, inwiefern sich eine unterschiedliche relative Hhenlage eines Schadens im Wellenfeld der FML zeigt. Zum anderen soll geprft werden, inwiefern sich Schadensinformationen ber einen integrierten Sensor erfassen lassen. Flchige Vergleichsmessungen an den Plattenoberflchen ber ein Laser-Doppler-Vibrometer dienen der Abschtzung der ber die integrierten PVDF-Foliensensoren und untersttzen die Auswertung. Es kann gezeigt werden, dass anhand des horizontalen Scherwellenmoden zustzliche Schadensinformation ber den integrierten Sensor gewonnen werden kann. ber Wellenausbreitungsszenarien gelingt es das Auftreten einiger Wellenpakete in den Sensorzeitsignalen ber Modenkonversion zu erklren. Es erfolgt eine Zusammenfassung der Ergebnisse sowie ein Ausblick auf mgliche Folgearbeiten zu jedem Experiment.