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Modellierung und numerische Berechnung der Ultraschallwellenausbreitung in heterogenen Strukturen unter Einbeziehung von Schädigungen

超声波在异质结构（包括损伤）中传播的建模和数值计算

基本信息

批准号：
84620945
负责人：
Professor Dr.-Ing. Ulrich Gabbert
金额：
--
依托单位：
Institut für Mechanik (IFME)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2008
资助国家：
德国
起止时间：
2007-12-31 至 2014-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/84620945?language=en
关键词：
Modellierung und numerische Berechnung der

项目摘要

Im TP3 wird von der Forschungshypothese ausgegangen, dass sich geführte Ultraschallwellen auch in heterogenen Werkstoffverbunden zur Fehlererkennung nutzen lassen.Deshalb konzentrieren sich die Arbeiten in der beantragten Fortsetzungsperiode des PAK357 auf die Nutzung von Ultraschallwellen/Lambwellen zur Schadensüberwachung in dünnen Leichtbaustrukturen mit einem heterogenen Materialaufbau. Darunter werden Materialien verstanden, die makroskopisch nicht als homogen angesehen werden können.Der Fokus liegt auf luftfahrttypischen Sandwichstrukturen mit waben- und schaumförmigen Kernschichten und dünnen Deckschichten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (Honeycomb-Sandwich, Schaumsandwich, Hohlkugelplatte).Während für die Modellierung der Deckschichten einschließlich der Einbeziehung der aufgeklebten piezoelektrischen Aktuatoren und Sensoren auf Ergebnisse aus der ersten und zweiten Förderperiode zurückgegriffen werden kann, wirft die Einbeziehung der Kernschicht mit ihren inneren Grenzflächen neue, bisher nicht beantwortete Fragestellungen auf. Für derartige heterogene und anisotrope Werkstoffverbunde stehen gegenwärtig weder ausreichend leistungsfähige Simulationsmethoden bereit, noch gibt es ein gesichertes Wissen über die Ausbreitung von Ultraschallwellen und deren Interaktion mit Strukturschäden. Es kann allerdings auf Grund der eigenen Vorarbeiten erwartet werden, dass mit Hilfe von Ultraschallwellen auch bei derartigen Werkstoffverbunden zuverlässige Aussagen über den momentanen Gesundheitszustand einer Struktur zu gewinnen sind.Das Ziel der Arbeiten besteht also darin, notwendige Grundlagen zu schaffen, damit eine zuverlässige Schadensdetektion auch für diese Klasse von Strukturbauteilen zukünftig sichergestellt ist. Um dieses Ziel zu erreichen, erfolgt im TP3 eine problemspezifische Weiterentwicklung numerischer Berechnungsmethoden zur effektiven Simulation der Wellenausbreitung und zum Entwurf von SHM-Systemen. Unter Nutzung dieser Entwicklungen sollen die Arbeiten im TP3 auch bisher nicht verstandene Phänomene klären, z.B. wie sich Ultraschallwellen in heterogenen Strukturen ausbreiten, wie die Wellen mit inneren Grenzflächen zwischen den Deckschichten und dem Waben- bzw. dem Schaumkern sowie mit Schäden (z.B. Ablösen der Deckschichten, Schädigungen in der Kernschicht) interagieren (Modenkonversion, Reflexionen und Transmissionen) und wie ein Schadensüberwachungssystem zweckmäßig zu gestalten ist. Diese Arbeiten erfolgen in enger Abstimmung und Kooperation mit den Teilprojekten TP4 und TP5. Die für die Untersuchungen im Teilprojekt TP3 erforderlichen experimentellen Arbeiten werden in der bewährten Kooperation mit den Teilprojekten TP1 (3D-Laser-Scanning-Vibrometrie) und TP2 durchgeführt.

Im TP3 wird von der Forschungshypothese ausgegangen, dass sich geführte Ultraschallwellen auch in hetogenen Werkstoffverbunden zur Fehlererkennung nutzen lassen.Deshalb konzentrieren sich die Arbeiten in der beantragten Fortsetzungsperiode des PAK357 auf die Nutzung von Ultraschallwellen/Lambwellen zur Schadensüberwachung in dünnen Leichtbausstrukturen mit einem heterogenen Materialaufbau。 Darunter werden Materialien verstanden, die makroskopisch nicht als homesehen werden können.Der Fokus liegt auf luftfahrttypischen Sandwichstrukturen mit waben- und schaumförmigen Kernschichten und dünnen Deckschichten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff（Honeycomb-Sandwich、Schaumsandwich、Hohlkugelplatte）。Während für die Modellierung der Deckschichten einschließlich der Einbeziehung der aufgeklebten piezoelektrischen Aktuatoren und Sensoren auf Ergebnisse aus der ersten und zweiten Förderperiode zurückgegriffen werden kann，wirft die Einbeziehung der Kernschicht mit ihren inneren Grenzflächen neue，bisher nicht beantwortete Fragestellungen auf。对于异质性和各向异性的Werkstoffverbunde stehen gegenwärtig weder ausreichend leistungsfähige Simulationsmethoden bereit，noch gibt es ein gesichertes Wissen über die Ausbreitung von Ultraschallwellen and deren Interaktion mit Strukturschäden。 Es kann allerdings auf Grund der eigenen Vorarbeiten erwartet werden, dass mit Hilfe von Ultraschallwellen auch bei derartigen Werkstoffverbunden zuverlässige Aussagen über den momentanen Gesundheitszustand einer Struktur zu gewinnen sind.Das Ziel der Arbeiten 最好也达林，而不是基本原理 zu schaffen，damit eine zuverlässige Schadensdetektion auch für diese Klasse von Strukturbauteilen zukünftig sichergestellt ist。 Um dieses Ziel zu erreichen, erfolgt im TP3 eine questionspezifische Weiterentwicklung numerischer Berechnungsmethoden zur effektiven Wellenausbreitung und zum Entwurf von SHM-Systemen. Unter Nutzung dieser Entwicklungen sollen die Arbeiten im TP3 auch bisher nicht verstandene Phänomene klären, z.B.在异质结构中的超级结构，是在甲板结构和瓦本 bzw 内部的结构中实现的。 dem Schaumkern sowie mit Schäden (z.B. Ablösen der Deckschichten, Schädigungen in der Kernschicht) interagieren (Modenkonversion, Reflexionen und Transmissionen) and wie ein Schadensüberwachungssystem zweckmäßig zu gestalten ist. Diese Arbeiten erfolgen in enger Abstimmung und Cooperative mit den Teilprojekten TP4 和 TP5。 TP3 是在 Teilprojekt 中进行的实验，旨在与 Teilprojekten TP1（3D 激光扫描振动测量）和 TP2 进行合作。