Simulativ-experimentelle Auslegungsmethodik für Sensornetzwerke einer strukturintegrierten Zustandsüberwachung: 9 Tabellen
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Köln
DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
2016
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Problemstellung und Ziele der Arbeit 5
2 1 Stand der Technik und Forschung 6
211 Übersicht, wichtiger SHM-Verfahren 6
212 SHM mittels geführter Wellen 8
213 Komponenten eines SH M-Svstems 9
214 Verfahren zur Auslegung von Sensornetzwerken 13
2 2 Messtechniken und bildgehende Verfahren für geführte Wellen 14
221 Laservibronietrie 15
222 Luftgekoppelte Ultrasehallprüftechnik 16
223 Bildgebende Verfahren 18
2 3 Ziele und Struktur der Arbeit 19
2 4 Grundlegende Annahmen und Bedingungen 22
3 Elastische Wellen 25
3 1 Volumemvellen 28
311 Volumenwellen in isotropen Festkörpern 28
312 Volumemvellen in anisotropen Festkörpern 30
313 Volumemvellen in Fluiden 32
3 2 Wellen in Plattem und plattenähnliehcn Strukturen 33
321 Lambwellen in isotropen Platten 38
322 Horizontale Scherwellen 45
323 Geführte Wellen in anisotropen Platten 47
3 3 Wellen an Oberflächen und Grenzflächen 66
331 Kriech wellen 67
i
332 Rayleighwellen 67
333 Lovewellen 72
3 4 Inhomogene Ausbreitung elastischer Wellen 73
341 Ursachen inhomogener Wellenausbreitung 74
342 Abstrahlung geführter Wellen 77
3 5 Zusammenfassung 89
4 Auslenkungs- und Abstrahlverhalten an Bauteiloberflächen 91
4 1 Modendetektion 92
411 Voraussetzungen und Annahmen 93
412 Bestimmung der Phasengeschwindigkeit 93
413 Bestimmung der Ausbreitungsrichtung 97
4 2 Einflussfaktoren luftgekoppelter Ultraschallprüftechnik 102
421 Abstrahlungskoeflizient 103
422 Wellenübertragung im Luftspalt 104
423 Streuungen und Reflektionen am Ultraschallsensor 109
424 Sensorempfindlichkeit 111
425 Frequenzgang und Filter 115
4 3 Verformung der Bauteiloberfläche 117
431 Auslenkungen von Lambwellen 117
432 Auslenkungen geführter Wellen bei anisotroper Ausbreitung 124
4 4 Zusammenfassung 134
5 Modellierung piezoelektrischer Sensoren 137
5 1 Piezoelektrische Sensoren 138
5 2 Analytisches Modell 141
5 3 Numerisches Modell 144
531 Non-Uniform Rational B-Splines 145
532 Piezoelektrisches finites Volumenelement 153
533 Modellierung der Klebschicht und des Sensors 157
5 4 Zusammenfassung 161
6 Auslegungsmethodik und ihre Qualifikation 163
6 1 Berechnungsverfahren für virtuelle Sensoren 164
6 2 Methoden der Qualifikation 165
621 Spezifikationen verwendeter Prüfkörper 166
622 Beobachtungsgrößen und Bewertungsfaktoren 169
6 3 Verifizierung ausgewählter Einzelkomponenten 171
631 Ausbreitungsgescliwindigkeit geführter Wellen 171
632 Auslenkungsverhältnisse geführter Wellen 174
633 Piezoelektrisches Sensormodell 182
6 4 Validierung des Berechnungsverfahrens 184
6 5 Bewertung des Berechnungsverfahrens 188
6 6 Zusammenfassung 189
7 Abschließende Diskussion 191
7 1 Zusammenfassung der Arbeit 192
7 2 Ausblick 194
A Kontinuumsmechanische Grundlagen 197
A l Impulsbilanz 198
A 2 Hooksches Gesetz 199
A 3 Plast izitätstensor und Ingenieurskonstanten 200
A 4 Polynomkoeffizienten für Elementarwellen in anisotropen Platten 206
B Näherungsverfahren der Wellenausbreitung 207
B l Quasi-Longitudinalwellen 208
B 2 Biegewellen 208
B 3 Normal-Moden-Theorie 210
B31 Anregungsgleichung 210
B32 Abstrahlung von Rayleigh wellen 211
B33 Abstrahlung von Lambwellen 212
C Tabellen 213
C l Kennwerte piezoelektrischer Sensoren 214
C 2 Materialkennwerte 214
C 3 Messinstrumente 215
D Diagramme 217
D l Auslenkurigen in der Aluminiumplatte PI 218
D 2 Auslenkungen in der CFK-Platte P2 222
D 3 Korrelationen in der Aluminiumplatte PI 225
D 4 Korrelationen in der CFK-Platte P2 229
D 5 Impedanzspektren verwendeter Sensoren 245
D 6 Qualitätsprüfung der CFK-Platte P2 249
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