TY - CONF A1 - Lauschkin, Maik A1 - Bulling, Jannis A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Wasmer, P. A1 - Prager, Jens T1 - Bestimmung von Materialparametern aus dem dispersiven Verhalten geführter Wellen mittels neuronaler Netze N2 - Damit eine Simulationsrechnung, beispielsweise mit einer FEM-Software, eine ausreichend hohe Genauigkeit erreicht, muss vorausgesetzt werden, dass die Modellparameter eine sehr hohe Güte aufweisen. Die genaue Kenntnis der Materialparameter ist dabei von besonderer Bedeutung. Um diese Parameter bestimmen zu können, müssen die verwendeten Werkstoffe messtechnisch charakterisiert werden. Neben anderen Ansätzen sind dafür akustische Verfahren im Ultraschallbereich geeignet. Für dünnwandige und plattenförmige Materialien können aus den sich ausbreitenden geführten Wellen messtechnisch Dispersionskurven bestimmt und aus diesen die Materialparameter abgeleitet werden. Da für die Signalverarbeitung und für Optimierungsaufgaben aktuell zunehmend Machine Learning Tools zum Einsatz kommen, stellt sich die Frage, ob diese Werkzeuge auch für die Ermittlung der Materialparameter aus den gemessenen Dispersionskurven eingesetzt werden können. In der vorgestellten Untersuchung soll ein Convolutional Neural Network aufgestellt werden, welches aus Dispersionsbildern Muster extrahiert und aus diesen eine Schätzung für die Materialparameter ermittelt. Um die Machbarkeit dieses Ansatzes zu prüfen, werden zunächst nur isotrope Materialien betrachtet. Für das Netz werden mit der Scaled-Boundary-Finite-Element-Methode synthetische Daten für das Trainieren und Validieren generiert. Zusätzlich werden die Hyperparameter des neuronalen Netzes variiert, um ein optimales Model für die Schätzung zu finden. Anschließend kann das Netz mit experimentellen Daten getestet und das Ergebnis hinsichtlich der Genauigkeit bewertet werden. T2 - DAGA 2020 - 46. Jahrestagung für Akustik CY - Meeting was canceled DA - 16.03.2020 KW - Machinelles Lernen KW - Geführte Ultraschallwellen KW - Materialcharakterisierung KW - Elastische Konstanten KW - Isotrope Materialien PY - 2020 SN - 978-3-939296-17-1 SP - 571 EP - 574 PB - Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. CY - Berlin AN - OPUS4-50765 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bulling, Jannis T1 - Ein inverses Verfahren zur Schadensrekonstruktion mittels geführter Wellen N2 - Eine zentrale Aufgabe der zerstörungsfreien Prüfung und der Strukturüberwachung (engl. Structural Health Monitoring - SHM) mit Ultraschallwellen ist die Bewertung von Schäden in Bauteilen. In vielen Bauteilen, wie zum Beispiel platten- und schalenförmigen Strukturen, Rohrleitungen oder Laminaten, breitet sich der Ultraschall in Form geführter Wellen aus. Zwar haben geführte Wellen eine relativ große Reichweite innerhalb des Bauteils und ermöglichen so eine großflächige Prüfung, ihre multimodalen und dispersiven Eigenschaften erschweren jedoch die Analyse der vom Schaden kommenden Reflexionen. Eine Möglichkeit, die Messsignale zu interpretieren und die Schäden zu charakterisieren, ist deren Vergleich mit der Wellenausbreitung in einem digitalen Modell. Hierbei stellt sich die Aufgabe, den Schaden im digitalen Modell anhand der Messdaten zu rekonstruieren. Diese Rekonstruktion beschreibt ein inverses Problem, das mehrere Vorwärtsrechnungen braucht, um das Schadensmodell an die Messdaten anzupassen.Durch die kleine Wellenlänge von Ultraschallwellen sind klassische Vorwärtsmethoden wie die Finte Elemente Methode rechenintensiv, weshalb die Autoren die semi-analytische Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) benutzen, um den Rechenaufwand zu verringern. Im Beitrag wird ein inverses Verfahren basierend auf dem Automatischen Differenzieren in Kombination mit der SBFEM vorgestellt und an verschiedenen Schadenstypen in 2D-Querschnittmodellen von Wellenleitern getestet. In der präsentierten Vorstudie werden dafür „Messdaten“ aus unabhängigen Simulationen verwendet. T2 - DAGA 2021 - 47. Jahrestagung für Akustik CY - Vienna, Austria DA - 15.08.2021 KW - SBFEM KW - Inverse Verfahren KW - AD KW - SHM KW - NDT PY - 2021 AN - OPUS4-53304 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bulling, Jannis A1 - Jurgelucks, B. A1 - Prager, Jens A1 - Walther, A. T1 - Ein inverses Verfahren zur Schadensrekonstruktion mittels geführter Wellen N2 - Eine zentrale Aufgabe der zerstörungsfreien Prüfung und der Strukturüberwachung (engl. Structural Health Monitoring - SHM) mit Ultraschallwellen ist die Bewertung von Schäden in Bauteilen. In vielen Bauteilen, wie zum Beispiel platten- und schalenförmigen Strukturen, Rohrleitungen oder Laminaten, breitet sich der Ultraschall in Form geführter Wellen aus. Zwar haben geführte Wellen eine relativ große Reichweite innerhalb des Bauteils und ermöglichen so eine großflächige Prüfung, ihre multimodalen und dispersiven Eigenschaften erschweren jedoch die Analyse der vom Schaden kommenden Reflexionen. Eine Möglichkeit, die Messsignale zu interpretieren und die Schäden zu charakterisieren, ist deren Vergleich mit der Wellenausbreitung in einem digitalen Modell. Hierbei stellt sich die Aufgabe, den Schaden im digitalen Modell anhand der Messdaten zu rekonstruieren. Diese Rekonstruktion beschreibt ein inverses Problem, das mehrere Vorwärtsrechnungen braucht, um das Schadensmodell an die Messdaten anzupassen. Durch die kleine Wellenlänge von Ultraschallwellen sind klassische Vorwärtsmethoden wie die Finte Elemente Methode rechenintensiv, weshalb die Autoren die semi-analytische Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) benutzen, um den Rechenaufwand zu verringern. Im Beitrag wird ein inverses Verfahren basierend auf dem Automatischen Differenzieren in Kombination mit der SBFEM vorgestellt und an verschiedenen Schadenstypen in 2D-Querschnittmodellen von Wellenleitern getestet. In der präsentierten Vorstudie werden dafür „Messdaten“ aus unabhängigen Simulationen verwendet. T2 - DAGA 2021 - 47. Jahrestagung für Akustik CY - Vienna, Austria DA - 15.08.2021 KW - SBFEM KW - Inverse Probleme KW - SHM KW - NDT KW - AD PY - 2021 SP - 1 EP - 4 PB - Deutsche Gesellschaft für Akustik (DEGA) CY - Berlin AN - OPUS4-53305 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bulling, Jannis A1 - Franosch, Georg A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Prager, Jens ED - Rizzo, P. ED - Milazzo, A. T1 - Sensitivity of Ultrasonic Guided Waves to Elastic Constants: A Numerical Study N2 - The dispersive properties of Lamb waves can be utilised for material characterisation because the frequency-wavenumber-relationship, as well as the group velocity, depend on material parameters. These dependencies make a non-destructive estimation of an elastic constant possible. This preliminary study investigates the sensitivity of dispersion curves caused by a change in elastic constants. The Scaled Boundary Finite Element Method is used to compute special dispersion curves, which show the sensitivity value of the frequency and group velocity as a colour value. This representation allows for easy identification of patterns and local effects. Two sets of dispersion curves are presented, one set for a steel plate and the other set for a plate made of a carbon fibre reinforced polymer. In general, we notice that the sensitivity often increases with the frequency and that higher-order modes seem to be more suitable for material characterisation. Moreover, specific modes respond to material changes while others are relatively unaffected, which must be taken into consideration for material characterisation. T2 - European Workshop on Structural Health Monitoring (EWSHM 2020) CY - Online meeting DA - 06.07.2020 KW - Scaled Boundary Finite Element Method KW - Lamb waves KW - Dispersion curves KW - Carbon fibre reinforced polymer KW - Transverse isotropy PY - 2021 SN - 978-3-030-64593-9 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-030-64594-6_73 VL - 127 SP - 759 EP - 768 PB - Springer CY - Cham AN - OPUS4-51986 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Held, Mathias A1 - Rashwan, Abdalla A1 - Bulling, Jannis A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Lauschkin, Maik A1 - Prager, Jens T1 - Inverse Bestimmung elastischer Materialparameter aus dem Ausbreitungsverhalten geführter Ultraschallwellen mittels eines Convolutional Neuronal Networks N2 - Detailliertes Wissen über die mechanischen Eigenschaften verwendeter Materialien ist Grundvoraussetzung für viele ingenieurtechnische Aufgaben und Dienstleistungen. Zur Bestimmung der elastischen Materialparameter gibt es verschiedene klassische, zerstörende Prüfverfahren. Eine Möglichkeit der zerstörungsfreien Bestimmung liegt in der Auswertung von Messergebnissen, die auf Basis des Ausbreitungsverhaltens geführter Ultraschallwellen gewonnen wurden. Das Ausbreitungsverhalten geführter Ultraschallwellen kann mittels Dispersionsabbildungen dargestellt werden. Um aus messtechnisch ermittelten Dispersionsabbildungen Rückschlüsse auf die Materialparameter zu ziehen, werden in der aktuellen Forschung verschiedene inverse Methoden diskutiert. Maschinelles Lernen und insbesondere Convolutional Neural Networks (CNNs) stellen eine Möglichkeit der automatisierten inversen Modellierung und Evaluierung von Bilddaten dar. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie das Ausbreitungsverhalten von geführten Ultraschallwellen unter Verwendung von CNNs genutzt werden kann, um die isotropen elastischen Konstanten einer plattenförmigen Struktur zu bestimmen. Hierfür werden die verwendeten Daten analysiert, das Preprocessing erläutert und eine grundlegende CNN-Architektur gewählt. Zur Auswertung des generierten Modells werden verschiedene Verfahren wie Gradienten-Mapping und die Visualisierung der verschiedenen Schichten vorgestellt. Die Anwendbarkeit der Methode wird anhand synthetischer Daten demonstriert. T2 - DAGA 2021 CY - Vienna, Austria DA - 15.08.2021 KW - Geführte Ultraschallwellen KW - Inverse Probleme KW - Materialcharakterisierung KW - Maschinelles Lernen KW - Dispersion KW - Lamb Wellen PY - 2021 SN - 978-3-939296-18-8 VL - 47 SP - 659 EP - 662 AN - OPUS4-53492 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Bulling, Jannis A1 - Mesnil, O. A1 - Prager, Jens A1 - Gohlke, Dirk A1 - Boller, C. T1 - Damage quantification in an aluminium-CFRP composite structure using guided wave wavenumber mapping: Comparison of instantaneous and local wavenumber analyses N2 - Composite-overwrapped pressure vessels (COPV) are increasingly used in the transportation industry due to their high strength to mass ratio. Throughout the years, various designs were developed and found their applications. Currently, there are five designs, which can be subdivided into two main categories - with a load-sharing metal liner and with a non-load-sharing plastic liner. The main damage mechanism defining the lifetime of the first type is fatigue of the metal liner, whereas for the second type it is fatigue of the composite overwrap. Nevertheless, one damage type which may drastically reduce the lifetime of COPV is impact-induced damage. Therefore, this barely visible damage needs to be assessed in a non-destructive way to decide whether the pressure vessel can be further used or has to be put out of service. One of the possible methods is based on ultrasonic waves. In this contribution, both conventional ultrasonic testing (UT) by high-frequency bulk waves and wavenumber mapping by low frequency guided waves are used to evaluate impact damage. Wavenumber mapping techniques are first benchmarked on a simulated aluminium panel then applied to experimental measurements acquired on a delaminated aluminium-CFRP composite plate which corresponds to a structure of COPV with a load-sharing metal liner. The analysis of experimental data obtained from measurements of guided waves propagating in an aluminium-CFRP composite plate with impact-induced damage is performed. All approaches show similar performance in terms of quantification of damage size and depths while being applied to numerical data. The approaches used on the experimental data deliver an accurate estimate of the in-plane size of the large delamination at the aluminium-CFRP interface but only a rough estimate of its depth. Moreover, none of the wavenumber mapping techniques used in the study can quantify every delamination between CFRP plies caused by the impact, which is the case for conventional UT. This may be solved by using higher frequencies (shorter wavelengths) or more advanced signal processing techniques. All in all, it can be concluded that imaging of complex impact damage in fibre-reinforced composites based on wavenumber mapping is not straightforward and stays a challenging task. KW - Ultrasonic guided waves KW - Instantaneous wavenumber analysis KW - Local wavenumber analysis KW - Signal processing PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-528203 DO - https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2021.102472 SN - 0963-8695 VL - 122 SP - 2472 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam, Netherlands AN - OPUS4-52820 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bulling, Jannis T1 - Numerical methods (part II) Finite element method (FEM), Spectral element method (SEM) and Scaled Boundary FEM (SBFEM) N2 - A general presentation on numerical methods. In particular, the Finite Element Method, the Spectral Element Method, and the Scaled Boundary Finite Element Method. T2 - ITN-Trainingsevent CY - Online meeting DA - 22.11.2020 KW - FEM KW - SBFEM KW - SEM PY - 2020 AN - OPUS4-52271 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bulling, Jannis T1 - A Combination of the Scaled Boundary Finite Element Method with the Mortar Method N2 - The simulation of ultrasonic waves in a linearly elastic body can be computationally intensive. The reason is the relatively short wavelength compared to the body size for high frequencies. One possible approach to counteract the high computational costs is to decompose the domain into small parts and strive for parallelization. The Mortar Method is a well-established approach for domain decomposition. A rather new approach to discretize the emerging subdomains is the Scaled Boundary Finite Element Method. This semi-analytical method has many attractive properties. Some of these properties are listed subsequently. The grid consists of polygonal elements, which leaves much freedom in the meshing process. A variety of material distributions, including anisotropic materials, can be considered. High-order shape functions can be used for optimal convergence properties. The approach treats singularities at crack tips and corners analytically. Especially in the frequency domain, the Scaled Boundary Finite Element Method reduces the dimension of the approximation because only degrees of freedom which are associated with the boundary of a polygonal element are necessary. Those desirable properties make the method particularly suitable for calculating the dynamic responses in bodies with cracks, as it is essential for many non-destructive testing and structural health monitoring applications. In this contribution, we present a combination of the Scaled Boundary Finite Element Method with the Mortar Method in two dimensions. The presentation starts with a theoretical overview of both approaches. Subsequently, numerical examples demonstrate the stability of the combination for the polygonal boundary of the elements. The numerical examples increase in complexity and are compared to results computed on non-divided domains with the Finite Element Method. T2 - WCCM-ECCOMAS CONGRESS CY - Online meeting DA - 11.01.2021 KW - Ultrasound KW - Numerical Simulation KW - Scaled Boundary Finite Element Method, Mortar Method PY - 2021 AN - OPUS4-52275 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Held, Mathias A1 - Rashwan, Abdalla A1 - Lauschkin, Maik A1 - Bulling, Jannis A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Prager, Jens T1 - Inverse determination of elastic material parameters from ultrasonic guided waves dispersion measurements using Convolutional Neuronal Networks N2 - In the context of Industry 4.0 and especially in the field of Structural Health Monitoring, Condition Monitoring and Digital Twins, simulations are becoming more and more important. The exact determination of material parameters is required for realistic results of numerical simulations of the static and dynamic behavior of technical structures. There are many possibilities to determine elastic material parameters. One possibility of non-destructive testing are ultrasonic guided waves. For the evaluation of the measurement results, mostly inverse methods are applied in order to be able to draw conclusions about the elastic material parameters from analysing the ultrasonic guided wave propagation. For the inverse determination of the elastic material Parameters with ultrasonic guided waves, several investigations were carried out, e.g. the determination of the isotropic material parameters through the point of zero-groupvelocity or anisotropic material parameters with a simplex algorithm. These investigations are based on the evaluation of dispersion images. Machine learning and in particular Convolutional Neural Networks (CNN) are one possibility of the automated evaluation from Image data, e.g. classification or object recognition problems. This article shows how the dispersive behavior of ultrasonic guided waves and CNNs can be used to determine the isotropic elastic constants of plate-like structures. T2 - SMSI 2021 2021-05-03 - 2021-05-06 digital CY - Online meeting DA - 03.05.2021 KW - Convolutional Neuronal Networks KW - Inverse Probleme KW - Materialcharakterisierung KW - guided waves KW - Dispersion PY - 2021 SN - 978-3-9819376-4-0 DO - https://doi.org/10.5162/SMSI2021/A10.2 VL - 2021 SP - 239 EP - 240 AN - OPUS4-52618 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Kudela, P. A1 - Radzienski, M. A1 - Moix-Bonet, M. A1 - Willberg, C. A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Bulling, Jannis A1 - Tschöke, K. A1 - Moll, J. T1 - Dataset on full ultrasonic guided wavefield measurements of a CFRP plate with fully bonded and partially debonded omega stringer N2 - The fourth dataset dedicated to the Open Guided Waves platform presented in this work aims at a carbon fiber composite plate with an additional omega stringer at constant temperature conditions. The dataset provides full ultrasonic guided wavefields. A chirp signal in the frequency range 20-500 kHz and Hann windowed tone-burst signal with 5 cycles and carrier frequencies of 16.5 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 200 kHz and 300kHz are used to excite the wave. The piezoceramic actuator used for this purpose is attached to the center of the stringer side surface of the core plate. Three scenarios are provided with this setup: (1) wavefield measurements without damage, (2) wavefield measurements with a local stringer debond and (3) wavefield measurements with a large stringer debond. The defects were caused by impacts performed from the backside of the plate. As result, the stringer feet debonds locally which was verified with conventional ultrasound measurements. The dataset can be used for benchmarking purposes of various signal processing methods for damage imaging. The detailed description of the dataset is published in Data in Brief Journal. KW - Open data KW - Ultrasonic guided waves KW - Experimental data PY - 2021 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.5105861 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-54504 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kudela, P. A1 - Radzienski, M. A1 - Moix-Bonet, M. A1 - Willberg, C. A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Bulling, Jannis A1 - Tschöke, K. A1 - Moll, J. T1 - Dataset on full ultrasonic guided wavefield measurements of a CFRP plate with fully bonded and partially debonded omega stringer N2 - The fourth dataset dedicated to the Open Guided Waves platform presented in this work aims at a carbon fiber composite plate with an additional omega stringer at constant temperature conditions. The dataset provides full ultrasonic guided wavefields. Two types of signals were used for guided wave excitation, namely chirp signal and tone-burst signal. The chirp signal had a frequency range of 20-500kHz. The tone-burst signals had a form of sine modulated by Hann window with 5 cycles and carrier frequencies 16.5kHz, 50kHz, 100kHz, 200kHz, 300kHz. The piezoceramic actuator used for this purpose was attached to the center of the stringer side surface of the core plate. Three scenarios are provided with this setup: (1) wavefield measurements without damage, (2) wavefield measurements with a local stringer debond and (3) wavefield measurements with a large stringer debond. The defects were caused by impacts performed from the backside of the plate. As result, the stringer feet debonds locally which was verified with conventional ultrasound measurements. KW - Lamb waves KW - Composite panel KW - Impact damage KW - Damage detection KW - Scanning laser Doppler vibrometry KW - Structural health monitoring KW - Non-destructive evaluation KW - Open data PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-545242 DO - https://doi.org/10.1016/j.dib.2022.108078 SN - 2352-3409 VL - 42 SP - 1 EP - 13 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-54524 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -