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

Das Ziel dieses Buches ist die Charakterisierung und Beschreibung des Ausbreitungsverhaltens geführter Ultraschallwellen (GUW) in Faserverbund-Metall-Laminaten (FML). Sie gliedert sich in drei experimentelle Untersuchungen. Im ersten Experiment wird das Phasenverhältnis der Schwingungen an Strukturober - und -unterseite als Maß für die Ähnlichkeit zu den für 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 Zeitsignalverläufe in verschiedenen Strukturen gezeigt werden, dass sich auch in FML die geführten Wellen wie klassische Lamb-Wellen ausbilden. Auch in einer experimentellen Untersuchung an einem FML kann die Beobachtungen für gleichphasige Schwingungen bestätigt und für Schwingungen mit Phasenversatz geschlussfolgert werden. Im anschließenden Experiment wird die Frage adressiert, wie sich das Wellenausbreitungsverhalten im Inneren von FML verhält. Dazu werden auf piezoelektrischem Polyvinylidenfluorid (PVDF)-basierende Foliensensoren gewählt, die sich aufgrund ihrer geringen Abmaße und ihrer geringen akustischen Impedanz gut für die möglichst rückwirkungsarme Integration in flache Strukturen aus Faserverbundkunststoff (FVK) eignen. Die erwartete Wirkweise der PVDF-Foliensensoren unter GUW-Erfassung wird erklärt. Anschließend erfolgt die experimentelle Untersuchung des FML, in deren Rahmen die Wellenmoden identifiziert werden sowie eine Abschätzung des Verschiebungsfeldverlaufes entlang der Strukturhöhe gegeben wird. Die Ergebnisse liefern einen experimentellen Hinweis auf die Modenkopplung im gewählten 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 künstlichen Delaminationen