TY - JOUR A1 - Zeipert, H. A1 - Claes, L. A1 - Johannesmann, S. A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Nicolai, Marcel A1 - Prager, Jens A1 - Henning, Bernd ED - Jumar, U. T1 - An approach to adhesive bond characterisation using guided acoustic waves in multi-layered plates JF - at - Automatisierungstechnik N2 - An approach for the non-destructive characterisation of adhesive bonds using guided ultrasonic waves is presented. Pulsed laser radiation is used to thermoacoustically excite broadband ultrasonic waves in a multi-layered sample, consisting of a metal plate adhesively joined to a polymeric layer using synthetic resin. The resulting signals are received by a purpose-built piezoelectric transducer. Varying the distance between excitation and detection yields spatio-temporal measurement data, from which the dispersive properties of the propagating waves can be inferred using a two-dimensional Fourier transform, assuming the plates to act as coupled waveguides. Coupled multi-layered waveguides show an effect referred to as mode repulsion, where the distance between certain modes in the frequency-wavenumber domain is assumed to be a measure of coupling strength. Measurements at different stages of curing of the adhesive layer are performed and evaluated. A comparison of the results shows changes in the dispersive properties, namely an increased modal bandwidth for the fully cured sample as well as an increased modal distance. KW - Adhesive bonding KW - Guided waves KW - Non-destructive testing KW - Ultrasound PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1515/auto-2021-0089 VL - 69 IS - 11 SP - 962 EP - 969 PB - De Gruyter CY - Berlin/Boston AN - OPUS4-53762 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Zeipert, H. A1 - Johannesmann, S. A1 - Nicolai, Marcel A1 - Prager, Jens A1 - Henning, B. T1 - К определению прочности клеевого соединения в многослойных материалах путем исследования областей расталкивания бегущих упругих волн T1 - Towards the determination of adhesive bonding strength of multi-layered materials by investigating guided wave mode repulsion T2 - Сборник тезисов XXX Всероссийской школы-конференции МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУКАХ N2 - Бегущие упругие волны часто используются в области неразрушающего контроля для определения механических характеристик материалов. Поскольку склеивание различных материалов является широко используемым методом в автомобильной и авиационной промышленности, необходима надежная система измерения для определения качества таких клеевых соединений. Дисперсионные кривые для многослойных волноводов при наличии клеевых прослоек характеризуются появлением эффекта расталкивания нормальных мод в тех областях, где соответствующие моды для отдельных материалов пересекались бы. Таким образом, в зависимости от качества клеевого соединения расстояние между этими модами изменяется. Используя комбинацию экспериментальных и численных данных, в настоящей работе представлен подход к определению параметра, указывающего на качество клеевого соединения. T2 - XXX Всероссийская школа-конференция МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУКАХ CY - Online meeting DA - 06.10.2021 KW - многослойный волновод KW - волны лэмбовского типа KW - контроль качества клеевого соединения PY - 2021 SP - 1 EP - 3 AN - OPUS4-53769 LA - rus AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zeipert, H. A1 - Johannesmann, S. A1 - Nicolai, Marcel A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Prager, Jens A1 - Henning, B. T1 - Quantifying the coupling strength of adhesively bonded materials by investigating mode repulsion regions T2 - Tagungsband DAGA 2021 - 47. Jahrestagung für Akustik N2 - In the field of non-destructive testing, Lamb waves are often used for material characterisation. The increasing computational capabilities further enable complex and detailed simulations to predict the material behaviour in reality. Since adhesive bonding of different materials is a widely used method in modern applications, a reliable measurement system to determine the quality of these adhesive bonds is needed. Investigations of the dispersive behaviour of acoustic waves in adhesively bonded multi-layered waveguides show mode repulsions in the dispersion diagrams in regions where the modes of the single materials would otherwise intersect. In previous works, changes of the distance between those modes with respect to the bonding quality are observed. The experimental data for this investigation is generated using pulsed laser radiation to excite broadband acoustic waves in plate like specimens which are detected by a piezoelectric ultrasonic transducer. Numerical data is generated using simulations via a semi-analytical finite element method. Using a combination of experimental and numerical data, the present work introduces an approach to determine a parameter which indicates the bonding quality in relation to an ideal material coupling. T2 - DAGA 2021 CY - Vienna, Austria DA - 15.08.2021 KW - Ultrasonic guided waves KW - Multi-layered structures KW - Laser excited ultrasonic waves PY - 2021 SP - 1532 EP - 1535 AN - OPUS4-53581 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nicolai, Marcel A1 - Zeipert, H. A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Bulling, Jannis A1 - Johannesmann, S. A1 - Prager, Jens A1 - Henning, B. ED - Nicolai, Marcel T1 - Characterization of adhesion strength using guided ultrasonic waves T2 - Fortschritte der Akustik - DAGA 2023 N2 - Klebeverbindungen sind aus vielen Anwendungen wie dem Leichtbau nicht mehr wegzudenken. Durch die Verklebung gleicher oder ungleicher Materialien entstehen viele Vorteile gegenüber konservativen Fügeverfahren. Jedoch stellen schwache Haftfestigkeiten eine sehr unbeliebte Fehlerart dar, die schlecht zu detektieren sind und zu einem frühzeitigen Versagen der Verklebung bei vergleichsweise geringen Belastungen führen können. Aufgrund hoher Sicherheits- und Qualitätsansprüche wird die Haftfestigkeit dieser Verbindungen jedoch noch immer zerstörend geprüft. Zufriedenstellende zerstörungsfreie Verfahren, um Haftfestigkeiten zu prüfen, sind nicht vorhanden und Thema gegenwärtiger Forschung. Ein Ansatz, der in diesem Projekt verfolgt wird, liegt in der Verwendung geführter Ultraschallwellen. Hierzu wird anhand von Simulationen mittels der Scaled Boundary Finite Element Methode gezeigt, dass die gezielte Auswertung bestimmter Bereiche des Dispersionsdiagrams, den sogenannten vermiedenen Kreuzungen (engl. mode repulsion regions), eine Charakterisierung der Haftfestigkeiten zulassen könnten. Dies liegt darin begründet, dass die mittleren mechanischen Belastungen der Kleberschicht in diesen Bereichen ein lokales Maximum aufweisen und daher eine erhöhte Sensitivität auf Materialänderungen haben. Es wird gezeigt, wie sensitiv diese Bereiche auf Materialänderungen in der Klebergrenzschicht sind und welche potenziellen Fehlergrößen existieren. T2 - DAGA 2023 CY - Hamburg, Germany DA - 06.03.2023 KW - SBFEM KW - Adhesive Bonding KW - Kissing Bonds KW - NDT KW - Ultrasonic Guided Waves PY - 2023 UR - https://pub.dega-akustik.de/DAGA_2023 SN - 978-3-939296-21-8 SP - 823 EP - 826 PB - Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. CY - Berlin AN - OPUS4-57378 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nicolai, Marcel A1 - Zeipert, H. A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens A1 - Henning, B. A1 - Lozano Duarte, Daniel Hernando T1 - Charakterisierung von Haftfestigkeiten mittels geführter Ultraschallwellen N2 - Klebeverbindungen sind aus vielen Anwendungen wie dem Leichtbau nicht mehr wegzudenken. Durch die Verklebung gleicher oder ungleicher Materialien entstehen viele Vorteile gegenüber konservativen Fügeverfahren. Jedoch stellen schwache Haftfestigkeiten eine sehr unbeliebte Fehlerart dar, die schlecht zu detektieren sind und zu einem frühzeitigen Versagen der Verklebung bei vergleichsweise geringen Belastungen führen können. Aufgrund hoher Sicherheits- und Qualitätsansprüche wird die Haftfestigkeit dieser Verbindungen jedoch noch immer zerstörend geprüft. Zufriedenstellende zerstörungsfreie Verfahren, um Haftfestigkeiten zu prüfen, sind nicht vorhanden und Thema gegenwärtiger Forschung. Ein Ansatz, der in diesem Projekt verfolgt wird, liegt in der Verwendung geführter Ultraschallwellen. Hierzu wird anhand von Simulationen mittels der Scaled Boundary Finite Element Methode gezeigt, dass die gezielte Auswertung bestimmter Bereiche des Dispersionsdiagrams, den sogenannten vermiedenen Kreuzungen (engl. mode repulsion regions), eine Charakterisierung der Haftfestigkeiten zulassen könnten. Dies liegt darin begründet, dass die mittleren mechanischen Belastungen der Kleberschicht in diesen Bereichen ein lokales Maximum aufweisen und daher eine erhöhte Sensitivität auf Materialänderungen haben. Es wird gezeigt, wie sensitiv diese Bereiche auf Materialänderungen in der Klebergrenzschicht sind und welche potenziellen Fehlergrößen existieren. T2 - Schall 23 CY - Wetzlar, Germany DA - 20.03.2023 KW - Adhesive Bonding KW - Kissing Bonds KW - NDT KW - Ultrasonic Guided Waves KW - SBFEM PY - 2023 AN - OPUS4-57379 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Nicolai, Marcel A1 - Zeipert, H. A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Johannesmann, S. A1 - Bulling, Jannis A1 - Claes, Leander A1 - Prager, Jens A1 - Henning, B. T1 - Charakterisierung von Haftfestigkeiten mittels geführter Ultraschallwellen N2 - Klebeverbindungen sind aus dem heutigen Leichtbau wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie nicht mehr wegzudenken. Durch die Verklebung gleicher oder ungleicher Materialien entstehen viele Vorteile gegenüber konservativen Fügeverfahren wie dem Schweißen oder dem Nieten. Aufgrund hoher Sicherheits- und Qualitätsansprüche wird die Festigkeit dieser Verbindungen jedoch noch immer zerstörend geprüft. Zuverlässige und zufriedenstellende zerstörungsfreie Verfahren, insbesondere um schwache Haftfestigkeiten zu prüfen, sind nicht vorhanden und Thema gegenwärtiger Forschung. Ein Ansatz, der in diesem Projekt verfolgt wird, liegt in der Verwendung geführter Ultraschallwellen und der gezielten Auswertung spezifischer Bereiche des Dispersionsdiagrams, den sogenannten Mode Repulsion Regions, welche eine potenzielle Charakterisierung der Haftfestigkeiten zulassen könnten. Hierzu wurden neben Simulationen mittels der sogenannten SBFEM, zur Findung geeigneter Charakterisierungsparameter, auch experimentelle zerstörungsfreie Untersuchungen von verklebten Zweischichtstrukturen aus Aluminium und Polycarbonat mittels geführter Ultraschallwellen durchgeführt . Hierzu dienten Voruntersuchungen an Stirnabzugsproben mittels zerstörender Validierungsmessungen zur Ermittlung geeigneter Oberflächenbearbeitungen zur Herstellung verschiedener Haftfestigkeiten. Mit Niederdruckplasma behandelte Proben dienten bei den zerstörungsfreien Messungen als ideale Referenzklebung gegenüber den schwächeren Haftfestigkeiten. Es konnten verschiedenste Haftfestigkeiten reproduzierbar hergestellt, zerstörend validiert und zerstörungsfrei mittels geführter Ultraschallwellen untersucht werden. Die Ausprägungen bestimmter Mode Repulsion Regions zeigen eine vielversprechende Sensitivität, welche durch ein geeigneten Parameter charakterisiert werden konnten. T2 - Doktorandenworkshop 2022 CY - Kloster Lehnin, Germany DA - 19.10.2022 KW - Adhesive Bonding KW - Kissing Bonds KW - Ultrasonic Guided Waves KW - NDT KW - SBFEM PY - 2022 AN - OPUS4-57380 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -