Numerische und experimentelle Untersuchung der Wellenausbreitungsvorgänge in periodischen Wellenleitern

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Viele Verfahren zur Strukturüberwachung mittels Ultraschallwellen verwenden geführte Wellen in Wellenleitern. Die Amplitudenabnahme von geführten Wellen über die Ausbreitungsdistanz ist gering, wodurch mittels dieses Wellentyps große Bereiche von Strukturen überwacht werden können. Die Beschreibung der Ausbreitung von geführten Wellen ist komplex und nur für sehr grundlegende Fälle ist eine analytische Betrachtung möglich. Eine neue Methode, di Waveguide- FE-Methode, ermöglicht die Analyse von periodischen Wellenleitern beliebigen Querschnitts. Dabei wird ein einzelnes Segment des Wellenleiters mit einem konventionellen Finite-Elemente-Verfahren modelliert. Eine Periodizitätsbedingung führt auf ein Eigenwertproblem, dessen Lösung alle Wellenmoden enthält, die in der Struktur auftreten können. Bisher wurden nur grundlegende Untersuchungen mit diesem Verfahren durchgeführt, und nur wenige der dabei erhaltenen Ergebnisse wurden experimentell verifiziert. In diesem Forschungsprojekt soll das Potential der Waveguide-FE-Methode für ungelöste Fragestellungen in der Strukturüberwachung ausgelotet werden. Die Methode wird ausgeweitet auf gedämpfte und gekoppelte Strukturen sowie die Interaktion von Wellenleitern mit Ultraschallaktoren und -sensoren. Experimentelle Untersuchungen begleiten die simulativen Arbeitspunkte, um alle numerischen Ergebnisse zu verifizieren. Mit diesem Projekt soll ein umfassendes Verhaltensmodell für Wellenleiter entstehen, das zukünftige Forschungen in der Ultraschalltechnik unterstützt und vereinfacht.