 | Schmidt D. Modenselektive Übertragung von Lambwellen in Faserverbundstrukturen: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Braunschweig. - Köln: DLR, 2014. - v, 125 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2014-24). - Res. auch engl. - Literaturverz: S.102-111. - ISSN 1434-8454
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Nomenklatur ................................................... III
1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Faserverbundstrukturen und deren lnspektion ............. 1
1.2 Lambwellen .............................................. 2
1.3 Systeme zur integrierten Strukturüberwachung
basierend auf Lambwellen ................................ 3
2 Zielsetzung und Hypothesen ................................... 6
3 Komponenten einer Aktuator-Sensor-Strecke ................... 10
3.1 Ausbreitung von Lambwellen in der Struktur ............. 10
3.1.1 Dispersionseigenschaften ........................ 10
3.1.2 Amplitudenabschwächung .......................... 13
3.2 Aktuatoren und Sensoren ................................ 15
3.2.1 Piezoelektrische Wandlerwerkstoffe .............. 15
3.2.2 Modenübertragungsverhalten ...................... 19
3.2.3 Schubübertragung ................................ 22
3.2.4 Schwingverhalten der Wandler .................... 24
3.3 Signalverarbeitung ..................................... 26
4 Stand der Wissenschaft und Technik zu modenselektiven
Wandlern .................................................... 29
4.1 Keilwandler ............................................ 29
4.2 Interdigital- und Kammwandler .......................... 30
4.3 Phasengesteuerte Wandler ............................... 32
4.4 Kollokale Wandleranordnung ............................. 34
5 Charakterisierung der Plattenstruktur ....................... 36
5.1 Dispersionseigenschaften und Amplitudenabschwächung
von anisotropen, visko-elastischen Plattenstrukturen ... 36
5.2 Plattenstruktur und Messsystem ......................... 39
5.2.1 Plattenstruktur ................................. 39
5.2.2 Messapparatur und -methode ...................... 40
5.3 Theoretische und experimentelle Ergebnisse ............. 44
5.3.1 Dispersionseigenschaften ........................ 44
5.3.2 Amplitudenabschwächung .......................... 48
5.4 Zusammenfassung ........................................ 50
6 Modellierung einer modenselektiven Aktuator-Sensor-Strecke .. 51
6.1 Modenübertragungsverhalten: zweidimensionales
Problem ................................................ 51
6.1.1 Anregung und Ausbreitung von Lambwellen ......... 52
6.1.2 Empfang von Lambwellen .......................... 56
6.1.3 Signalverarbeitung .............................. 58
6.2 Akustisches Wellenfeld: dreidimensionales Problem ...... 59
6.3 Gestaltung von modenselektiven Wandlern - Ergebnisse
der Modellierung ....................................... 63
6.3.1 Abstand der Segmente ............................ 64
6.3.2 Anzahl der Segmente ............................. 69
6.3.3 Länge der Segmente .............................. 72
6.3.4 Breite der Segmente ............................. 73
6.3.5 Wichtung der Segmente ........................... 75
6.4 Zusammenfassung ........................................ 77
7 Experimenteller Nachweis einer modenselektiven Aktuator-
Sensor-Strecke .............................................. 79
7.1 Bauweisen und Herstellungsverfahren .................... 79
7.2 Messapparatur und-methode .............................. 82
7.3 Experimentelle Messungen des
Modenübertragungsverhaltens ............................ 86
7.4 Experimentelle Messungen des Abstrahlverhaltens ........ 91
7.5 Schadensinteraktion eines monomodalen Wellenfelds ...... 96
7.6 Zusammenfassung ........................................ 98
8 Zusammenfassung und Ausblick ................................ 99
8.1 Zusammenfassung ........................................ 99
8.2 Ausblick .............................................. 100
Literaturverzeichnis .......................................... 102
Anhang ........................................................ 112
A: Materialdaten ........................................... 112
B: Fertigungsqualität der CFK-Platten ...................... 115
C: Koeffizienten der Laminattheorie ........................ 116
D: Dispersions- und Abschwächungsdiagramme der
CFK-Platte .............................................. 118
E: Modenübertragungsverhalten der
Interdigitalwandler ..................................... 122
F: Impedanzspektren der Interdigitalwandler ................ 125
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