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Vermiedene Kreuzungen von Lamb-Wellenmoden in mehrlagigen Strukturen

Projekttitel:

Vermiedene Kreuzungen von Lamb-Wellenmoden in mehrlagigen Strukturen (DFG 449607253)

Kurzfassung:

In diesem Projekt wird eine zerstörungsfreie Prüfmethode zur Charakterisierung der Kopplungsfestigkeit zwischen zwei Schichten entwickelt, wobei die in den Dispersionskurven von mehrschichtigen Strukturen auftretenden Modenabstoßungsbereiche verwendet werden sollen. Nach Wissen der Autoren ist das aktuelle Projekt der erste Versuch, die Modenabstoßung in Bezug auf die Kopplungsstärke zu verstehen und zu charakterisieren. Die Hypothese ist, dass die Kopplungsstärke zwischen zwei Schichten durch Messung des Abstands zwischen zwei gekoppelten Moden in einer Modenabstoßungsregion in Bezug auf die Frequenz oder Phasengeschwindigkeit (Wellenzahl) charakterisiert werden kann. Im Rahmen des Projekts wird der Zusammenhang zwischen der Modenabstoßung und der Kopplungsstärke untersucht und quantifiziert. Um das Ziel des Projekts zu erreichen, werden sowohl numerische als auch experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Die BAM verfügt über große Erfahrung in der numerischen Modellierung, insbesondere mit der im Projekt zu verwendenden Scaled Boundary Finite Element Methode, und wird die notwendigen zerstörenden Prüfungen für die Validierung der im Projekt zu entwickelnden zerstörungsfreien Methode bereitstellen. EMT verfügt über jahrelange Erfahrung in der Entwicklung der Messmethoden, insbesondere der akustischen Materialparameterbestimmung und den Einsatz inverser Verfahren, die ein weiterer wichtiger Aspekt des Projekts sind. Die Kombination der Kompetenzen und Erfahrungen beider Institutionen im Projekt wird nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in der Industrie einen wichtigen Beitrag zur zerstörungsfreien Charakterisierung der Qualität von Klebeverbindungen leisten.

Kooperationspartner:

Dr.-Ing. Jens Prager (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin)

Projektlaufzeit:

2020 bis 2023

Projektbezogene Publikationen


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Investigating peculiarities of piezoelectric detection methods for acoustic plate waves in material characterisation applications

L. Claes, H. Schmiegel, C. Grünsteidl, S. Johannesmann, M. Webersen, B. Henning, tm - Technisches Messen (2021)

Acoustic waves in plates have proven a viable tool for testing and material characterisation purposes. There are a multitude of options for excitation and detection of theses waves, such as optical and piezoelectric systems. While optical systems, with thermoelastic excitation and interferometric detection, have the benefit of being contactless, they usually require rather complex and expensive experimental setups. Piezoelectric systems are more easily realised but require direct contact with the specimen and usually have a limited bandwidth, especially in case of piezoelectric excitation. In this work, the authors compare the properties of piezoelectric and optical detection methods for broad-band acoustic signals. The shape (e. g. the displacement) of a propagating plate wave is given by its frequency and wave number, allowing to investigate correlations between mode shapes and received signal strengths. This is aided by evaluations in normalised frequency and wavenumber space, facilitating comparisons of different specimens. Further, the authors explore possibilities to utilise the specific properties of the detection methods to determine acoustic material parameters.


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