Detektion von Schädigungen in Flächentragwerken durch Analyse der Wellenausbreitung

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Die Ausbreitung elastischer Wellen in Festkörpern ist an Stellen mit Bauteilschädigungen gestört, so dass die Analyse der Wellenausbreitung zur Qualitätssicherung und zur Bauteilüberwachung herangezogen werden kann. Im Sinne des Konzepts adaptiver Struktursysteme sollen mit Hilfe strukturintegrierter Aktoren aus piezoelektrischem Werkstoff in dünnwandigen Flächentragwerken hochfrequente Wellen (Lamb-Wellen) erzeugt werden. Diese Wellen zeigen an Rissen, Delaminationen und anderweitig geschädigten Stellen Reflektionen, Refraktionen und Konvertierungen in andere Moden. Die Beobachtung der Wellenausbreitung mit den evtl. vorhandenen schädigungsbedingten Störungen erfolgt durch ein flächig arbeitendes optisches Messverfahren (Pulsed Electronic Speckle Pattern Interferometry) auf der Basis der Speckle-Interferometrie. Die experimentellen und numerischen Arbeiten beginnen mit Untersuchungen an dünnen, metallischen Blechen und werden mit Platten aus isotropem Kunststoff und Faserverbundmaterial fortgesetzt. Die Bestimmung des Ortes und des Ausmaßes der Schädigung erfolgt durch Interpretation der Wellenausbreitungsmuster und erfordert die Unterscheidung von Schädigungen und planmäßigen Strukturinhomogenitäten. Schließlich soll ein Modell für das Zusammenwirken von Aktor und Struktur bei hochfrequenter Belastung erarbeitet werden und der Aktor mit Bezug auf die Wellengenerierung optimiert werden.