TY - JOUR A1 - Wasmer, Paul A1 - Krome, Fabian A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens T1 - A fluid model for the simulation of fluid‐structure interaction in the Scaled Boundary Finite Element Method for prismatic structures N2 - The Scaled Boundary Finite Element Method is known as an efficient method for the simulation of ultrasonic wave propagation. As to investigate acoustic wave behavior in case of fluid‐structure interaction, a fluid model is implemented in the SBFEM for prismatic structures. To omit coupling terms a displacement‐based formulation is used. Spurious modes, which occur in the solution, are suppressed using a penalty parameter. To verify this formulation dispersion curves obtained with Comsol Multiphysics are compared to results of SBFEM. The results of both methods are in very good agreement T2 - GAMM 2018 CY - Munich, Germany DA - 19.03.2018 KW - Scaled Boundary Finite Element Method KW - Penalty Parameter KW - Fluid-Structure Interaction KW - Guided Waves PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/pamm.201800139 VL - 18 IS - 1 SP - e201800139 PB - Wiley-VCH Verl. CY - Weinheim AN - OPUS4-47063 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wasmer, Paul A1 - Prager, Jens T1 - Eindimensionaler phononischer Kristall zur Schallisolierung in Stäben T1 - One-dimensional phononic crystal for sound insulation in rods N2 - Die Untersuchung von Schallausbreitung in periodischen Strukturen ist aktuell von großem Interesse für eine zielgerichtete Beeinflussung von Schallwellen in einem großen Frequenzbereich. Hierbei liegt der Fokus insbesondere auf den phononische Kristalle (PnK’s), einer periodischen Anordnung von Streuzentren in einer Matrix. PnK’s können neben anderen Anwendungen, wie der Sensoranwendung oder der Nutzung als effektiver Wellenleiter, als Schallisolator dienen. In dieser Arbeit wird ein neuartiger PnK aus einer periodischen Anordnung von Zylindern untersucht, welcher zur Schallisolation verwendet werden kann. Zunächst wird die Struktur simuliert, dabei wird ein achsensymmetrisches Modell mit einem 3D-Modell verglichen. Im Anschluss wird die simulierte Geometrie gefertigt und vermessen. N2 - The analysis of acoustic wave behavior in periodic structures is of great interest for the targeted manipulation of acoustic waves in a wide frequency range. In the focus are phononic crystals (PnC's), a periodic arrangement of scatterers in a host matrix. They can be used for various aspects, for example for sensor applications or as effectiv waveguides, but also for sound insulation. In this work, a new PnC consisting of a periodic arrangement of cylinders, which can be used for sound insulation, is investigated. To begin with, the geometry is simulated and an axisymmetric and a 3D-model are compared. The simulated geometry is fabricated and transmission behavior is measured. KW - Phononischer Kristall KW - Ultraschallmessung KW - Akustischer Isolator KW - Stabstruktur KW - Rod structure KW - Acoustic insulation KW - Phononic crystal KW - Ultrasonic measurement PY - 2019 U6 - https://doi.org/10.1515/teme-2018-0065 SN - 0171-8096 VL - 86 IS - 2 SP - 66 EP - 72 PB - De Gruyter CY - Oldenbourg AN - OPUS4-47478 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Baensch, Franziska A1 - Baer, Wolfram A1 - Chruscicki, Sebastian A1 - Homann, Tobias A1 - Prager, Jens A1 - Schmidt, Dirk A1 - Stajanca, Pavol A1 - Weltschev, Margrit A1 - Wosidlo, Peter A1 - Habib, Abdel Karim T1 - AGIFAMOR: Anwendung der akustischer und faseroptischer Sensorik zur Überwachung von Rohrleitungen; Teil 3: Technische Hintergründe - Messmethoden N2 - Schäden an Rohrleitungen können zu hohen Umweltbelastungen und wirtschaftlichen Schäden führen. Um die dauerhafte Verfügbarkeit der Infrastruktur zu gewährleisten, wird im Rahmen des Projekts AGIFAMOR an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) erprobt, inwiefern das Verfahren der verteilten akustischen faseroptischen Sensorik (Distributed acoustic sensing - DAS) zur kontinuierlichen Überwachung von Rohrleitungen verwendet werden kann. Neben der DAS werden erprobte Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung wie Schallemissionsanalyse (SEA) und Beschleunigungssensoren eingesetzt. An dieser Stelle soll detailliert auf die unterschiedlichen Messverfahren und deren spezifischen Einsatz im Rahmen des Projektes eingegangen werden. KW - Verteilten akustischen faseroptischen Sensorik KW - Überwachung von Rohrleitungen KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Schallemissionsanalyse KW - Beschleunigungssensorik PY - 2018 SN - 2191-0073 VL - 8 IS - 5 SP - 29 EP - 35 PB - Springer-VDI-Verl. CY - Düsseldorf AN - OPUS4-45933 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baensch, Franziska A1 - Baer, Wolfram A1 - Chruscicki, Sebastian A1 - Habib, Abdel Karim A1 - Homann, Tobias A1 - Hussels, Maria-Teresa A1 - Prager, Jens A1 - Schmidt, Dirk A1 - Stajanca, Pavol A1 - Weltschev, Margit A1 - Wossidlo, Peter T1 - Feasibility study - Continuous monitoring of pipes using distributed acoustic and fibre optic sensors N2 - The feasibility study „AGIFAMOR. Ageing infrastructures – distributed acoustic monitoring of pipes” is an interdisciplinary research project at BAM internally financed from 2015 to 2018. Therefore, the quite young fibre optic sensing technology of distributed acoustic sensing (DAS) was investigated to possibly be extended towards a global condition monitoring system for pipelines operating in real time. DAS is a highly dynamic fibre optic sensing technology based on the method of coherent optical time domain reflectometry (C-OTDR). DAS allows capturing strain changes in the range of kHz. For the experimental work, the most suitable application yielding an optimum sensitivity was proven by wrapping a standard single-mode silica fibre around the pipe. The DAS sensitivity was investigated regarding the detection of 1) incidents that initiate propagation of acoustic waves in the pipe wall, 2) changes inside the pipeline causing altered flow and 3) damage development in the pipe wall. Therefore, several testing setups in laboratory as well as in real scale were realized. For comparison purposes, experiments were accompanied by acoustic emission analyses and by measurements with accelerometers. DAS was found to be very sensitive to gas ignition and its propagation across the pipe. Furthermore, the ability of DAS to detect and localize acoustic signals associated with pipeline leakage was demonstrated. The detection of crack formation and propagation within the pipe wall by means of DAS was studied during bending tests on several pipe segments, but was not proven so far with certainty. As expected, these studies turned out as the most difficult challenge due to the random occurrence and transient nature of microscopic damage phenomena. T2 - Proceedings of the International Symposium on Structural Health Monitoring and Nondestructive Testing CY - Saarbrücken, Germany DA - 04.10.2018 KW - Accelerometers KW - Acoustic emission KW - Fibre optic acoustic sensing KW - Continous monitoring KW - Bending tests on pipe segments KW - Leak detection PY - 2018 SP - Paper 21 AN - OPUS4-46375 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Prager, Jens T1 - Structural health monitoring of composite pressure vessels using guided ultrasonic waves N2 - Composite pressure vessels are important components for storing gases under high pressure. Beside others, a common type of pressure vessel is made of a metal liner overwrapped with a fibre reinforced plastic material. Conventional hydrostatic tests, used to assess the integrity of pressure vessels, may overstress the material, and thus, may reduce the remaining life-time of the tested component. Therefore, a truly nondestructive structural health monitoring (SHM) system would not only allow to ensure a safer usage and extended life-time, but also to exclude the necessity of the periodic inspection and testing of pressure vessels. We propose to use guided ultrasonic waves which have a potential to detect the main damage types such as cracking in the metal liner, fibre breaks and composite Matrix delamination. For designing such a SHM system, the multimodal ultrasonic wave propagation and the defect-mode interaction must be fully understood. In this contribution, we present simulation results obtained by means of finite element modelling. Based on the findings, suggestions about appropriate wave modes, their interaction with different flaw types as well as the necessary excitation and suitable sensor configuration are made. Finally, we suggest a first approach of a reliable SHM system for composite pressure vessels. T2 - First World Congress on Condition Monitoring (WCCM) CY - London, UK DA - 13.06.2017 KW - Composite materials KW - Simulations KW - Ultrasonic testing PY - 2017 SP - 1 EP - 12 AN - OPUS4-40678 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens A1 - Krome, Fabian T1 - Application of the scaled boundary finite element method (SBFEM) for a numerical simulation of ultrasonic guided waves N2 - This paper addresses the computation of dispersion curves, mode shapes and propagation of elastic guided waves. It summarizes the approaches based on the Scaled Boundary Finite Element Method. Descriptions for plates, rods, pipelines and waveguides with an arbitrary cross section are included. The important steps for the approximation of the displacement in bounded and unbounded domains are stated. The grid generation process is explained. It is highlighted that the Scaled Boundary Finite Element Method is very efficient, if large portions of the domain are either straight or with a constant curvature. The computation of dispersion curves for layered structures is presented. T2 - Sensor + Test CY - Nürnberg, Germany DA - 30.05.2017 KW - Ultrasonic guided waves KW - Non-destructive testing KW - Scaled boundary finite element method (SBFEM) PY - 2017 SN - 978-3-9816876-4-4 VL - 2017 SP - C5.4, 376 EP - 381 AN - OPUS4-41876 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Prager, Jens A1 - Bulling, Jannis T1 - Bestimmung der Rissgeometrie bei der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung mit geführten Wellen N2 - In der zerstörungsfreien Prüfung werden in zunehmendem Maße geführte Ultraschallwellen zur Lokalisation von Fehlstellen genutzt. Geführte Ultraschallwellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie große Distanzen innerhalb des zu prüfenden Bauteiles zurücklegen können. Das Ultraschallwellenfeld setzt sich dabei aus verschieden Moden zusammen. Etablierte Prüfverfahren mit geführten Wellen ermitteln häufig nur die Position der Fehlstelle, wobei die Laufzeiten der reflektierten Signale ausgewertet wird. Modenumwandlung bleibt dabei zumeist unberücksichtigt. Die Charakterisierung der Fehlstelle, zum Beispiel hinsichtlich der Länge eines Risses, ist dagegen herausfordernd. Aussagekräftige Zusammenhänge zwischen der Dimension oder Geometrie der Fehlstelle und ihrer Interaktion mit der Ultraschallwelle zu finden, ist Teil aktueller Forschung. Insbesondere eine Betrachtung der Moden höherer Ordnung und deren Amplitudenverhältnisse kann beim Aufspüren dieser Zusammenhänge hilfreich sein. Im Beitrag werden zunächst die Zusammenhänge zwischen den beiden fundamentalen Moden in einer isotropen Platte und der Länge eines Risses untersucht. Aus den Ergebnissen wird ein inverses Verfahren motiviert. Ein Algorithmus wird vorgestellt, der die Risslänge im Modell solange variiert, bis er die modalen Zusammenhänge einer Vorgabe oder einer Messung rekonstruiert. Die eingesetzte Scaled Boundary Finite Element Method ermöglicht dabei eine sehr kurze Rechenzeit in jeden Optimierungsschritt. Zusätzlich ermöglicht die Methode eine Auswertung der modalen Zusammenhänge ohne Postprocessing, was die Rechenzeiten weiter verkürzt. T2 - DAGA 2019 CY - Rostock, Germany DA - 18.03.2019 KW - Geführte Wellen KW - Scaled Boundary Finite Element Method KW - Amplitudenverhältnisse PY - 2019 AN - OPUS4-47730 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens T1 - Bestimmung der Rissgeometrie bei der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung mit geführten Wellen N2 - In der zerstörungsfreien Prüfung werden in zunehmendem Maße geführte Ultraschallwellen zur Lokalisation von Fehlstellen genutzt. Geführte Ultraschallwellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie große Distanzen innerhalb des zu prüfenden Bauteiles zurücklegen können. Das Ultraschallwellenfeld setzt sich dabei aus verschieden Moden zusammen. Etablierte Prüfverfahren mit geführten Wellen ermitteln häufig nur die Position der Fehlstelle, wobei die Laufzeiten der reflektierten Signale ausgewertet wird. Modenumwandlung bleibt dabei zumeist unberücksichtigt. Die Charakterisierung der Fehlstelle, zum Beispiel hinsichtlich der Länge eines Risses, ist dagegen herausfordernd. Aussagekräftige Zusammenhänge zwischen der Dimension oder Geometrie der Fehlstelle und ihrer Interaktion mit der Ultraschallwelle zu finden, ist Teil aktueller Forschung. Insbesondere eine Betrachtung der Moden höherer Ordnung und deren Amplitudenverhältnisse kann beim Aufspüren dieser Zusammenhänge hilfreich sein. Im Beitrag werden zunächst die Zusammenhänge zwischen den beiden fundamentalen Moden in einer isotropen Platte und der Länge eines Risses untersucht. Aus den Ergebnissen wird ein inverses Verfahren motiviert. Ein Algorithmus wird vorgestellt, der die Risslänge im Modell solange variiert, bis er die modalen Zusammenhänge einer Vorgabe oder einer Messung rekonstruiert. Die eingesetzte Scaled Boundary Finite Element Method ermöglicht dabei eine sehr kurze Rechenzeit in jeden Optimierungsschritt. Zusätzlich ermöglicht die Methode eine Auswertung der modalen Zusammenhänge ohne Postprocessing, was die Rechenzeiten weiter verkürzt. T2 - DAGA 2019 - 45. Jahrestagung für Akustik CY - Rostock, Germany DA - 18.03.2019 KW - Geführte Ultraschallwellen KW - Zerstörungsfreien Prüfung KW - Scaled Boundary Finite Element Method PY - 2019 VL - 45 SP - 1063 PB - Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. AN - OPUS4-47783 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wasmer, Paul A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens T1 - Entwicklung eines Ultraschallrohrsensors auf Basis phononischer Kristalle N2 - Die Messung von Flüssigkeitskonzentrationen in Rohrsystemen ist von großem Interesse für viele unterschiedliche Anwendungen. Die meisten Messsysteme sind jedoch nicht in der Lage, die Flüssigkeit direkt im Rohr zu untersuchen und es muss eine zusätzliche Vorrichtung, wie z.B. einem Bypass, angebracht werden, welche den Kontakt zwischen Flüssigkeit und Sensor ermöglicht. Um den Einbauaufwand gering zu halten und die Strömungseigenschaften des Rohres nicht zu beeinflussen, wird ein neuartiges Messsystem entwickelt, welches als Teil der Rohrwand ausgeführt werden kann. Dieses neuartige System ist angelehnt an die Idee der phononischen Kristallen (PnK). PnK’s bestehen im Allgemeinen aus einem Matrixmaterial, in welchem Streuzentren periodisch angeordnet sind. Dies führt beim Eintreffen einer akustischen Welle in definierten Frequenz-bereichen, sogenannter Bandlücken, zu zunehmender destruktiven Interferenz. Wird innerhalb einer solchen Bandlücke durch Einbringen einer flüssigkeitsgefüllten Kavität ein Resonanzverhalten erzeugt, kann dies genutzt werden, um die Flüssigkeit zu analysieren. Im Rahmen von Voruntersuchung wird zunächst das akustische Verhalten des PnK’s, welcher für die Sensorentwicklung genutzt werden soll, unter Vernachlässigung der Flüssigkeit ausführlich untersucht. Hierbei werden zunächst die Bandlücken ermittelt und das Übertragungsverhalten betrachtet. Dieses wird im Anschluss experimentell überprüft. T2 - DAGA 2019 - 45. Jahrestagung für Akustik CY - Rostock, Germany DA - 18.03.2019 KW - Phononischer Kristall KW - Ultraschall KW - Flüssigkeitssensor KW - Scaled Boundary Finite Element Method PY - 2019 SP - 1030 EP - 1033 AN - OPUS4-47780 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Yilmaz, Bengisu A1 - Heimann, Jan A1 - Mustapha, Samir A1 - Charmi, Amir A1 - Prager, Jens T1 - Guided wave ultrasonic features in composite overwrapped pressure vessels towards digital twin N2 - The digitalization of quality control processes and the underlying data infrastructures for safety relevant components, such as hydrogen pressure vessels, plays a significant role in the transition towards Industry 4.0. In the current safety regulations for hydrogen pressure vessels, there is no established concept for structural health monitoring. The development of a reliable structural health monitoring methodology for monitoring the structural integrity of pressure vessels enables a fast-forward transition from personnel- and costintensive recurring inspections, a.k.a. periodic maintenance, to predictive maintenance. In the work presented; we investigated the application of ultrasonic guided wave propagation to monitor and assess the condition of Type IV composite overwrapped pressure vessel (COPV). A sensor network of fifteen piezo-electric wafers is placed on the carbon fibre reinforced composite cylinder. Five different artificial damage configurations are created by gluing two different weight blocks on three different locations. The database containing measured guided wave data sets is enriched by two different boundary conditions. We utilized an open-source software, openBIS labnotebook, to store and analyse experimental datasets. The guided wave ultrasonic signals were investigated and analysed by using commonly used ultrasonic features (e.g., amplitude, frequency, time of flight) as well as non-traditional time-series features (kurtosis, skewness, variance). The features were used to calculate damage index and the detection performance for the results has been evaluated. The results suggest that both traditional and non-traditional features assume significant importance in artificial damage detection. The future works will additionally involve the impacts of operational conditions, such as periodic pressure variations temperature loadings as well as material degradations. T2 - European Conference on Non-Destructive Testing (ECNDT) 2023 CY - Lisbon, Portugal DA - 03.07.2023 KW - NDT4.0 KW - CComposite overwrapped pressure vessels KW - Structural health monitoring KW - Ultrasonic guided waves KW - Predictive maintenance PY - 2023 AN - OPUS4-57950 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -