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Vortrag

Numerische Simulation der Ausbreitung von Lamb-Wellen und deren Wechselwirkung mit Defekten in CFK-Laminaten für die zerstörungsfreie Prüfung

Mittwoch (22.05.2019)
12:10 - 12:30 Uhr
Bestandteil von:


Die ständig wachsende Nachfrage nach kostenintensiven Leichtbaustrukturen geht mit einer erhöhten Nachfrage nach zuverlässigen zerstörungsfreien Prüfverfahren einher. Daher wurde im Rahmen eines durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten LuFo-Projektes die numerische Modellierung eines scannenden und automatisierten Systems zur zerstörungsfreien Prüfung von CFK-Laminaten untersucht. Das Verfahren basiert auf der Ausbreitung von Lamb-Wellen, welche von einem Piezowandler (Aktuator) angeregt werden und mit Fehlstellen in der Struktur wechselwirken. Der Aktuator wurde über eine Klebschicht mit dem Substrat verbunden.

Zur Darstellung der Wellenausbreitung wurde ein dreidimensionales Simulationsmodell mit der FEM-Software PZFlex programmiert. Das Modell ermöglicht die Untersuchung der Welleninteraktionen in fehlerfreien und fehlerbehafteten CFK-Laminaten, welche durch entsprechende Ausgabeformate (A-, B- und C-Bilder) visualisiert werden können. Zur Analyse der Wechselwirkungen zwischen den Lamb-Wellen und einem Defekt wurde eine Sacklochbohrung mit Flachboden im Modell abgebildet. Darüber hinaus wurde ein SAFE-Verfahren zur Bestimmung der Dispersionsdiagramme für einen beliebigen Aufbau des CFK-Laminats angewandt. Die Validierung der numerischen Ergebnisse wurde mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen auf verschiedenen Ebenen erfolgreich durchgeführt. Die wesentlichen Interaktions-mechanismen der Lamb-Wellen wie Transmission und Reflexion können durch die Simulationen realitätsgetreu abgebildet werden. Darüber hinaus konnte der aus der Literatur bekannte Effekt der Modenkonversion an der modellierten Imperfektion beobachtet werden.

In weiterführenden numerischen Untersuchungen wurde das validierte Simulationsmodell zur Untersuchung des Einflusses der Faserorientierungen auf die Wellenausbreitung genutzt. Hierfür wurde die Wellenausbreitung in verschiedenen Laminaten sowie einem isotropen Werkstoff simuliert. Es konnte festgestellt werden, dass die Faserorientierungen einen signifikanten Einfluss auf die Geschwindigkeit und Amplitude der Lamb-Wellen ausüben. Die numerischen Ergebnisse stimmen mit experimentell ermittelten Ergebnissen aus der aktuellen Literatur überein. Insgesamt ist festzuhalten, dass die Ausbreitung der Lamb-Wellen durch das Simulationsmodell sehr gut dargestellt werden kann.


 

Sprecher/Referent:
Ph.D. Morten Voß
Fraunhofer IFAM Bremen
Weitere Autoren/Referenten:
  • Detlef Ilse
    Ingenieurbüro Dr. Hillger
  • Dr. Wolfgang Hillger
    Ingenieurbüro Dr. Hillger
  • Dr. Till Vallée
    Fraunhofer IFAM Bremen
  • Jesper de Wit
    INVENT GmbH
  • Friedrich von Dungern
    INVENT GmbH