Lamb-Wellenanalyse für die Materialwissenschaft

Oberflächenwellen

Lambwellenbasierte Materialprüfung mit optischer Schwingungsmessung

Oberflächenwellen hochauflösend visualisieren

Bei Faserverbundwerkstoffen ist es sowohl während der Fertigung als auch im Betrieb von großer Bedeutung, Schäden wie Delamination oder Risse (Cracks) rechtzeitig zu erkennen und zu lokalisieren. Oberflächenflächenwellen, die sich auf dünnen Plattenstrukturen ausbreiten – sogenannte Lambwellen – spielen eine große Rolle bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, da sie mit verschiedenen Arten von Materialfehlern interagierten und diese damit sichtbar machen. Insbesondere bei der Wartung von modernen Flugzeugen, bei denen verstärkt Faserverbundwerkstoffe (CFK) zum Einsatz kommen, gewinnt die lambwellenbasierte Materialprüfung zunehmend an Bedeutung.

Die berührungslos arbeitenden PSV-3D Scanning Vibrometer visualisieren die zeitliche Ausbreitung von Lambwellen mit hoher räumlicher Auflösung. Für jeden Scanpunkt können Sie den vollständige 3D-Schwingungsvektor erfassen, so dass bei der Auswertung die typischen S- und A-Wellen aufgelöst werden, die sich vornehmlich als In-Plane und Out-of-Plane Wellen darstellen. Laservibrometer sind somit als Werkzeug zur Forschung an Lambwellen und zur industrietauglichen Verfahrensentwicklung unentbehrlich.

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Lamb-Wellen zur Fehlerlokalisierung

Polytec Scanning Vibrometer eignen sich damit auch zum Design von bauteilintegrierten Sensornetzwerken, die zunehmend in kritischen Strukturelementen, unter anderem bei Flugzeugen eingesetzt werden, um diese kontinuierlich im Betrieb zu überwachen (Structural Health Monitoring). Dabei wird eine Vielzahl von Schwingungssensoren fest in ein Bauteil integriert, deren Verteilung wird dabei so optimiert, dass Strukturschäden am Bauteil sicher von den Sensoren erfasst wird.

Modenkonversion von symmetrischer zu asymmetrischer Lambwelle an einem Strukturdefekt
Modenkonversion von symmetrischer zu asymmetrischer Lambwelle an einem Strukturdefekt

Oberflächenwellen für die Modellvalidierung komplexer Strukturen

Die Notwendigkeit der Validierung von Simulationsmodellen komplexer mechanischer Strukturen hat im Hinblick auf die Effizienz des Designprozesses stark an Bedeutung gewonnen. Dies gilt insbesondere für nicht-lineare Strukturen (wie z. B. Verbundwerkstoffplatten und gefügte Komponenten), bei denen die Verwendung einer verlässlichen, vollflächigen Messung von entscheidender Bedeutung ist. Dieses Tutorial umfasst die Anleitung und Anwendungsbeispiele für die Scanning Laser Doppler Vibrometrie (SLDV) als nicht-invasive Technologie zur effizienten Charakterisierung komplexer mechanischer Strukturen. Lesen Sie hier das komplette Paper zur IMAC International Modal Analysis Conference.

Eichenberger J., Sauer J. (2022) Validating Complex Models Accurately and Without Contact Using Scanning Laser Doppler Vibrometry (SLDV). In: Di Maio D., Baqersad J. (eds) Rotating Machinery, Optical Methods & Scanning LDV Methods, Volume 6. Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-76335-0_11

Simulierte und experimentelle Daten zu Oberlfächenwellen im Vergleich zur Modellvalidierung
Betriebsschwingform an Turbinenschaufeln bei 700 Hz
Betriebsschwingform an Turbinenschaufeln bei 700 Hz
FRF Diagramm für Messpunkte in X, Y und Z
FRF Diagramm für Messpunkte in X, Y und Z 
MAC Analyse veranschaulicht die Korellation von experimentellen und simulierten Daten
MAC Analyse veranschaulicht die Korellation von experimentellen und simulierten Daten

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