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

Das Ziel dieses Buches ist die Charakterisierung und Beschreibung des Ausbreitungsverhaltens gefuhrter Ultraschallwellen (GUW) in Faserverbund-Metall-Laminaten (FML). Sie gliedert sich in drei experimentelle Untersuchungen. Im ersten Experiment wird das Phasenverhaltnis der Schwingungen an Strukturober - und -unterseite als Ma fur die Ahnlichkeit zu den fur 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 Zeitsignalverlaufe in verschiedenen Strukturen gezeigt werden, dass sich auch in FML die gefuhrten Wellen wie klassische Lamb-Wellen ausbilden. Auch in einer experimentellen Untersuchung an einem FML kann die Beobachtungen fur gleichphasige Schwingungen bestatigt und fur Schwingungen mit Phasenversatz geschlussfolgert werden. Im anschlieenden Experiment wird die Frage adressiert, wie sich das Wellenausbreitungsverhalten im Inneren von FML verhalt. Dazu werden auf piezoelektrischem Polyvinylidenfluorid (PVDF)-basierende Foliensensoren gewahlt, die sich aufgrund ihrer geringen Abmae und ihrer geringen akustischen Impedanz gut fur die moglichst ruckwirkungsarme Integration in flache Strukturen aus Faserverbundkunststoff (FVK) eignen. Die erwartete Wirkweise der PVDF-Foliensensoren unter GUW-Erfassung wird erklart. Anschlieend erfolgt die experimentelle Untersuchung des FML, in deren Rahmen die Wellenmoden identifiziert werden sowie eine Abschatzung des Verschiebungsfeldverlaufes entlang der Strukturhohe gegeben wird. Die Ergebnisse liefern einen experimentellen Hinweis auf die Modenkopplung im gewahlten 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 kunstlichen Delaminationen bei ansonsten ubereinstimmendem Laminataufbau gefertigt. Ziel ist zum einen die Untersuchung, inwiefern sich eine unterschiedliche relative Hohenlage eines Schadens im Wellenfeld der FML zeigt. Zum anderen soll gepruft werden, inwiefern sich Schadensinformationen uber einen integrierten Sensor erfassen lassen. Flachige Vergleichsmessungen an den Plattenoberflachen uber ein Laser-Doppler-Vibrometer dienen der Abschatzung der uber die integrierten PVDF-Foliensensoren und unterstutzen die Auswertung. Es kann gezeigt werden, dass anhand des horizontalen Scherwellenmoden zusatzliche Schadensinformation uber den integrierten Sensor gewonnen werden kann. Uber Wellenausbreitungsszenarien gelingt es das Auftreten einiger Wellenpakete in den Sensorzeitsignalen uber Modenkonversion zu erklaren. Es erfolgt eine Zusammenfassung der Ergebnisse sowie ein Ausblick auf mogliche Folgearbeiten zu jedem Experiment.