TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Kersten, H. T1 - Untersuchung der akustischen Eigenschaften von Plasmalautsprechern auf Basis einer dielektrischen gehemmten Oberflächenentladung (SDBD) T2 - Tagungsband der 44. Jahrestagung für Akustik (DAGA 2018) N2 - Analog zu Blitz und Donner können elektrische Entladungen innerhalb eines Gasvolumens als akustische Quellen agieren und haben daher eine starke Verbreitung als diagnostische Methode (bspw. in der Raumakustik und bei der Ortung von Teilentladungen). Diese auf dem Prinzip der Thermoakustik beruhende Möglichkeit der Schallerzeugung und die damit verbundenen physikalischen Wechselwirkungen machen die Notwendigkeit einer mechanisch ausgelenkten Membran überflüssig. Dabei wird dem hochfrequenten Träger das Nutzsignal aufgeprägt, welches eine Volumenänderung des umliegenden Gases um seinen Ruhezustand verursacht. Durch die somit hervorgerufene zyklische thermische Wechselwirkung mit dem umliegenden Gasgemisch bedarf es daher ebenfalls keiner akustischen Anpassung. In den vorgestellten Ergebnissen wurde das Übertragungsverhalten eines Oberflächenplasmas (SDBD, surface dielectric barrier discharge) untersucht. Als Maß für den Wirkungsgrad und das Übertragungsverhalten des Aktuators wurden Klirrfaktor- und THD- Messungen und unter Variation der Eingangsleistungen durchgeführt. Durch die positiven akustischen Eigenschaften eröffnen sich neue Applikationen für den Einsatz von Plasmahochtönern wie bspw. zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von Verbundsystemen und Klebeverbindungen im Automobilsektor oder im Bauwesen. T2 - 44. Jahrestagung für Akustik (DAGA 2018) CY - Munich, Germany DA - 19.03.2018 KW - Gas discharges KW - Atmospheric pressure plasma KW - Surface dielectric barrier discharge KW - Plasma speaker PY - 2018 SN - 978-3-939296-13-3 SP - 555 EP - 558 AN - OPUS4-44812 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Boehm, Rainer A1 - Heckel, Thomas A1 - Brackrock, Daniel A1 - Spruch, W. A1 - Beggerow, T. T1 - Kegel-Phased-Array für die schnelle Ultraschallprüfung von längsgebohrten Eisenbahnradsatzwellen N2 - Durch die Verwendung von Ultraschall - Phased Arrays lässt sich in vielen Fällen sowohl die Prüfgeschwindigkeit als auch die Zuverlässigkeit der Prüfung erhöhen. Für die Prüfung von Eisenbahnradsatzwellen ist die Phased Arraytechnik schon verbreitet, jedoch vor allem für die Prüfung von Vollwellen. Die Prüfung von längsgebohrten Eisenbahnrad¬satzwellen erfolgt typischerweise mit einer Anzahl von konventionellen Prüfköpfen, die rotierend durch die Längsbohrung bewegt werden. Dabei werden weder die Achsen und Räder noch die Bremsscheiben demontiert. Ein neuer Ansatz für die Prüftechnik ist die Verwendung eines rotations-symmetrischen kegelförmigen Phased Arrays in Tauchtechnik. Die Abtastung in Umfangs-richtung erfolgt durch elektronische Rotation des Schallfeldes, was viel höhere Prüfge-schwindigkeiten ermöglicht und den mechanischen Aufwand des Prüfsystems erheblich reduziert. Nur die Bewegung des Sensorsystems in axialer Richtung innerhalb der Bohrung erfolgt mechanisch. Senkrecht zur Bauteilachse kann das Schallbündel durch die Phased Arraysteuerung in Umfangsrichtung exakt ausgerichtet und im Abstand der Prüfbereiche nahe der Außenoberfläche der Radsatzwelle fokussiert werden. Die Konstruktionsparameter des Kegelarrays wurden speziell optimiert zum Auffinden von rissartigen Querfehlern in und in der Nähe der äußeren Oberfläche von längsgebohrten Eisenbahnradsatzwellen von Hochgeschwindigkeitszügen. Die Fehlerfläche liegt dabei in der Querschnittsfläche des Bauteils. Im Beitrag werden der Prototyp des neuen Sensorsystems und erste Prüfergebnisse gezeigt. Die Arbeiten wurden durchgeführt im Rahmen des Europäischen Projektes “Whole Life Rail Axle Assessment and Improvement Using Ultrasonic Phased array and Corrosion Inspection Systems“ (RAAI). T2 - 10. Fachtagung ZfP im Eisenbahnwesen, 13. – 15. März 2018 CY - Wittenberge, Germany DA - 13.03.2018 KW - Eisenbahn KW - Ultraschallprüfung KW - Radsatzwellen KW - Phased Array KW - Kegelarray KW - Rotationsscanner PY - 2018 AN - OPUS4-44523 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Kersten, Holger T1 - Untersuchung der akustischen Eigenschaften von Plasmalautsprechern auf Basis einer dielektrischen gehemmten Oberflächenentladung (SDBD) N2 - Analog zu Blitz und Donner können elektrische Entladungen innerhalb eines Gasvolumens als akustische Quellen agieren und haben daher eine starke Verbreitung als diagnostische Methode (bspw. in der Raumakustik und bei der Ortung von Teilentladungen). Diese auf dem Prinzip der Thermoakustik beruhende Möglichkeit der Schallerzeugung und die damit verbundenen physikalischen Wechselwirkungen machen die Notwendigkeit einer mechanisch ausgelenkten Membran überflüssig. Dabei wird dem hochfrequenten Träger das Nutzsignal aufgeprägt, welches eine Volumenänderung des umliegenden Gases um seinen Ruhezustand verursacht. Durch die somit hervorgerufene zyklische thermische Wechselwirkung mit dem umliegenden Gasgemisch bedarf es daher ebenfalls keiner akustischen Anpassung. In den vorgestellten Ergebnissen wurde das Übertragungsverhalten eines Oberflächenplasmas (SDBD, surface dielectric barrier discharge) untersucht. Als Maß für den Wirkungsgrad und das Übertragungsverhalten des Aktuators wurden Klirrfaktor- und THD-Messungen und unter Variation der Eingangsleistungen durchgeführt. Durch die positiven akustischen Eigenschaften eröffnen sich neue Applikationen für den Einsatz von Plasmahochtönern wie bspw. zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von Verbundsystemen und Klebeverbindungen im Automobilsektor oder im Bauwesen. T2 - DAGA - Jahrestagung für Akustik CY - Munich, Germany DA - 19.03.2018 KW - Atmospheric pressure plasma KW - Gas discharges KW - Surface dielectric barrier discharge KW - Plasma speaker PY - 2018 AN - OPUS4-44579 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Krankenhagen, Rainer A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Heckel, Thomas A1 - Brackrock, Daniel A1 - Gower, M. A1 - Lodeiro, M. A1 - Baker, G. T1 - Quantitative comparison of different non-destructive techniques for the detection of artificial defects in GFRP T2 - Proceedings of the 12th ECNDT N2 - In order to test their suitability different non-destructive methods were performed to inspect a GFRP plate with artificial defects. These defects were manufactured by means of thin PTFE sheets inserted between two plies in three different depth. The inspection methods were microwave reflection, flash thermography and phased array ultrasonics, all applied to the same specimen. Selected results are shown for all methods demonstrating opportunities and limits of the particular inspection methods. The achieved detection limits and further application aspects are compared directly to provide a useful information for the planning of inspection tasks. T2 - ECNDT CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.06.2018 KW - Fiber resisted polymers KW - Non-destructive testing KW - Thermographic testing KW - Ultrasonic testing PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-453728 SP - ECNDT-0247-2018 AN - OPUS4-45372 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Kotschate, Daniel T1 - New technologies for air-coupled ultrasonic transducers N2 - Air-coupled ultrasonic testing (ACUT) has experienced rapid growth within the last years. It is especially well suited to inspection of lightweight structures consisting of composite materials and adhesive joints. Uniform coupling and easy maintenance are its advantages compared to contact technique. However, the impedance mismatch between the transducer and air poses a major challenge to the development of ACUT transducers. Commercially available air-coupled transducers consist of a piezocomposite material and matching layers. Their fabrication is difficult in handling and their signal-to-noise ratio sometimes not sufficient for various testing requirements. However, there are several innovative approaches using other materials and other physical principles to transmit and receive an ultrasonic pulse. We present a review of the latest advances in research on air-coupled transducers for non-destructive testing, including previously unpublished results. We recognize two major directions as most promising: ferroelectrets and thermoacoustic transducers. Ferroelectrets are charged cellular polymers exhibiting piezoelectric properties. Their small acoustic impedance is matched to air better than matching layers applied in conventional air-coupled transducers. Applying bias voltage to a ferroelectret receiver is the latest development in this field, which increased the received signal by 12 to 15 dB. Thermoacoustic transducers use heat to initiate an ultrasonic wave, acting as transmitters. The working principle is known from nature as thunder and lightning: thermal energy of an electrically heated material, which can also be air, is converted into acoustic energy. Some thermoacoustic transmitters consist of a conductive layer with a thickness in the nanometer range deposited on a solid substrate. Another possibility is to use an electric spark. For the first time, measurements of the sound field of an electric spark up to 500 kHz were performed. Thermoacoustic transducers enable excitation of extremely broadband pulses while producing high pressure levels, which opens new possibilities for advanced signal processing. T2 - 12th European conference on Non-Destructive Testing CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.06.2018 KW - Transducer KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Atmospheric pressure plasma KW - Cellular polypropylene KW - Ferroelectret PY - 2018 AN - OPUS4-45304 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Kotschate, Daniel A1 - Hansen, L. A1 - Kersten, H. T1 - Akustische Emission von Plasma bei dielektrischer Oberflächenentladung und Mikrohohlkathoden-Entladung N2 - Die physikalische Komplexität der Gasentladungen führt zu vielen Möglichkeiten für die Interaktion der Entladung mit ihrer Umgebung. Zu den typischen Anwendungen zählen Modifikationen der Materialoberflächen und Erzeugung von Ionen für Massenspektroskopie. Atmosphärendruckplasma generiert eine große Menge thermischer Energie wegen der Kollisionen in der Plasmarandschicht. Eine rasche Temperaturänderung kann in dem umgebenden Gas eine akustische Welle erzeugen, wie beim Blitz und Donner, was als thermoakustischer Effekt bekannt ist. Außerdem kann auch die Bewegung der Ladungsträger im elektrischen Feld, bekannt als ionischer Wind, eine akustische Welle erzeugen. In diesem Beitrag werden Versuche mit akustischer Emission von Plasma bei dielektrischer Oberflächenentladung und bei Mikrohohlkathoden dargestellt. Es werden auch mögliche Anwendungen für Plasmadiagnostik, sowie für den Bau von Schallwandlern für den Hör- und Ultraschallbereich präsentiert. Verglichen mit anderen Methoden der Schallerzeugung, hat die thermoakustische Anregung den Vorteil, dass sie auch ohne eine schwingende Masse auskommt, womit eine große Bandbreite erreicht wird, sowie den Vorteil einer guten Anpassung der akustischen Impedanz. T2 - 4. Workshop des Fachausschusses Ultraschall der DEGA e.V. CY - Kloster Drübeck, Germany DA - 18.06.2018 KW - Plasmadiagnostik KW - Plasma KW - Atmosphärendruckplasma KW - Akustik KW - Ultraschall KW - Luftultraschall PY - 2018 AN - OPUS4-45305 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Schadow, Florian A1 - Nielow, Dustin A1 - Trappe, Volker T1 - Prüfung von Rotorblattschalen mit Luftultraschall T2 - Tagungsband der DGZfP-Jahrestagung 2018 N2 - Um den sicheren Betrieb von Windkraftanlagen zu gewährleisten, werden Rotorblätter nach der Fertigung und nach Reparatur mit verschiedenen zerstörungsfreien Verfahren auf Schaden untersucht. Bei der Fertigung von Blattschalen, die in einer Sandwich-Schalenbauweise gefertigt werden, entstehen Imperfektionen, die unter Belastung zu großen Rissen führen können. Zur Prüfung von Blattschalen wird unter anderem Ultraschallprüfung in Kontakttechnik eingesetzt. Um den Wartungsaufwand von Ultraschallanlagen zu reduzieren und um manche Kompositstrukturen vor Koppelmittel zu schützen, wird die Anwendung von Luftultraschall erforscht. Insbesondere große Fortschritte gibt es im Bereich der Entwicklung neuer Wandler. In diesem Beitrag berichten wir über die Luftultraschallprüfung von Schalen für Rotorblätter. Es wurden typische Sandwichschalenstrukturen hergestellt und mit einem eigenentwickelten Schalenprüfstand unter simulierter Betriebsbeanspruchung belastet. Die in den Schalenprüfkörpern entstandenen Schäden wurden außerhalb des Prüfstandes mit Luftultraschall in Durchschallung untersucht. Es wurden fokussierende Wandler auf Basis von Ferroelektreten entwickelt und für diese Prüfungen eingesetzt. Mit zusätzlicher elektrischer Vorspannung konnte die Empfindlichkeit der Empfänger deutlich erhöht werden. Die nach dem Lastwechsel entstandenen Schäden in den Rotorblattschalen waren eindeutig zu detektieren. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Wandler KW - Rotorblattschalen KW - Luftultraschall KW - Ferroelektret PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-453066 SP - 7 PB - Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e.V. (DGZfP) AN - OPUS4-45306 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Schadow, Florian A1 - Nielow, Dustin A1 - Trappe, Volker T1 - Prüfung von Rotorblattschalen mit Luftultraschall N2 - Um den sicheren Betrieb von Windkraftanlagen zu gewährleisten, werden Rotorblätter nach der Fertigung und nach Reparatur mit verschiedenen zerstörungsfreien Verfahren auf Schaden untersucht. Bei der Fertigung von Blattschalen, die in einer Sandwich-Schalenbauweise gefertigt werden, entstehen Imperfektionen, die unter Belastung zu großen Rissen führen können. Zur Prüfung von Blattschalen wird unter anderem Ultraschallprüfung in Kontakttechnik eingesetzt. Um den Wartungsaufwand von Ultraschallanlagen zu reduzieren und um manche Kompositstrukturen vor Koppelmittel zu schützen, wird die Anwendung von Luftultraschall erforscht. Insbesondere große Fortschritte gibt es im Bereich der Entwicklung neuer Wandler. In diesem Beitrag berichten wir über die Luftultraschallprüfung von Schalen für Rotorblätter. Es wurden typische Sandwichschalenstrukturen hergestellt und mit einem eigenentwickelten Schalenprüfstand unter simulierter Betriebsbeanspruchung belastet. Die in den Schalenprüfkörpern entstandenen Schäden wurden außerhalb des Prüfstandes mit Luftultraschall in Durchschallung untersucht. Es wurden fokussierende Wandler auf Basis von Ferroelektreten entwickelt und für diese Prüfungen eingesetzt. Mit zusätzlicher elektrischer Vorspannung konnte die Empfindlichkeit der Empfänger deutlich erhöht werden. Die nach dem Lastwechsel entstandenen Schäden in den Rotorblattschalen waren eindeutig zu detektieren. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Wandler KW - Rotorblattschalen KW - Luftultraschall KW - Ferroelektret PY - 2018 AN - OPUS4-45307 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Kotschate, Daniel T1 - New technologies for air-coupled ultrasonic transducers T2 - 12th European conference on Non-Destructive Testing N2 - Air-coupled ultrasonic testing (ACUT) has experienced rapid growth within the last years. It is especially well suited to inspection of lightweight structures consisting of composite materials and adhesive joints. Uniform coupling and easy maintenance are its advantages compared to contact technique. However, the impedance mismatch between the transducer and air poses a major challenge to the development of ACUT transducers. Commercially available air-coupled transducers consist of a piezocomposite material and matching layers. Their fabrication is difficult in handling and their signal-to-noise ratio sometimes not sufficient for various testing requirements. However, there are several innovative approaches using other materials and other physical principles to transmit and receive an ultrasonic pulse. We present a review of the latest advances in research on air-coupled transducers for non-destructive testing, including previously unpublished results. We recognize two major directions as most promising: ferroelectrets and thermoacoustic transducers. Ferroelectrets are charged cellular polymers exhibiting piezoelectric properties. Their small acoustic impedance is matched to air better than matching layers applied in conventional air-coupled transducers. Applying bias voltage to a ferroelectret receiver is the latest development in this field, which increased the received signal by 12 to 15 dB. Thermoacoustic transducers use heat to initiate an ultrasonic wave, acting as transmitters. The working principle is known from nature as thunder and lightning: thermal energy of an electrically heated material, which can also be air, is converted into acoustic energy. Some thermoacoustic transmitters consist of a conductive layer with a thickness in the nanometer range deposited on a solid substrate. Another possibility is to use an electric spark. For the first time, measurements of the sound field of an electric spark up to 500 kHz were performed. Thermoacoustic transducers enable excitation of extremely broadband pulses while producing high pressure levels, which opens new possibilities for advanced signal processing. T2 - 12th European conference on Non-Destructive Testing CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.06.2018 KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Atmospheric pressure plasma KW - Cellular polypropylene KW - Ferroelectret KW - Transducer PY - 2018 SP - ECNDT-0608-2018, 1 EP - 9 AN - OPUS4-45209 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Grager, J.-C. A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gamper, J. A1 - Gaal, Mate A1 - Pinkert, K. A1 - Mooshofer, H. A1 - Goldammer, M. A1 - Grosse, C. U. T1 - Advances in air-coupled ultrasonic testing combining an optical microphone with novel transmitter concepts T2 - 12th European conference on Non-Destructive Testing N2 - Air-coupled ultrasound (ACU) is increasingly used for automated and contactless inspection of large-scale composite structures as well as for non-destructive testing (NDT) of water-sensitive or porous materials. The major challenge to overcome using ACU in NDT is the enormous loss of ultrasonic energy at each solid-air interface caused by the high acoustic impedance mismatch. Resonant low-frequency piezoceramic transducers are specially designed to achieve high sound pressure levels. For an expanded use of this technique, however, the spatial resolution needs to be increased. Recent studies of our collaborative research group demonstrated the successful application of a resonance-free, highly sensitive receiver that uses a Fabry-Pérot etalon instead of piezoceramic materials or membranes. However, to reach the full potential of this broadband small-aperture optical microphone, novel transmitter concepts have to be developed and evaluated for advanced NDT applications. Different types of transmitter were tested in combination with the optical microphone acting as receiver and they were compared to conventional piezoceramic transducers in through-transmission mode. Monolithic carbon fiber-reinforced plastics (CFRP) and CFRP sandwich structures containing different defect types were inspected. Presented results are processed as C-scan images and further evaluated for spatial resolution, signal-to-noise ratio and sensitivity of each measurement setup. Novel transmitter concepts, such as ferroelectret and thermoacoustic emitters, show promising findings with a considerably improved time and spatial resolution for ACU-NDT. T2 - 12th European conference on Non-Destructive Testing CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.06.2018 KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Optical microphone KW - Thermoacoustic KW - Cellular polypropylene KW - Ferroelectret KW - Transducer PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-452114 SP - ECNDT-0166-2018, 1 EP - 10 AN - OPUS4-45211 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pelkner, Matthias A1 - Stegemann, Robert A1 - Sonntag, Nadja A1 - Pohl, Rainer A1 - Kreutzbruck, Marc T1 - Benefits of GMR sensors for high spatial resolution NDT applications T2 - AIP Conference Proceedings N2 - Magneto resistance sensors like GMR (giant magneto resistance) or TMR (tunnel magneto resistance) are widely used in industrial applications, examples are position measurement and read heads of hard disk drives. However, in case of non-destructive testing (NDT) applications these sensors, although their properties are outstanding like high spatial resolution, high field sensitivity, low cost and low energy consumption, never reached a technical transfer to an application beyond sci-entific scope. This paper deals with benefits of GMR/TMR sensors in terms of high spatial resolution testing for different NDT applica-tions. The first example demonstrates the preeminent advantages of MR-elements compared with conventional coils used in eddy current testing (ET). The probe comprises one-wire excitation with an array of MR elements. This led to a better spatial resolution in terms of neighboring defects. The second section concentrates on MFL-testing (magnetic flux leakage) with active field excitation during and before test-ing. The latter illustrated the capability of highly resolved crack detection of a crossed notch. This example is best suited to show the ability of tiny magnetic field sensors for magnetic material characterization of a sample surface. Another example is based on characterization of samples after tensile test. Here, no external field is applied. The magnetization is only changed due to external load and magnetostriction leading to a field signature which GMR sensors can resolve. This gives access to internal changes of the magnetization state of the sample under test. T2 - QNDE 2017 CY - Provo, Utah, USA DA - 16.07.2017 KW - GMR KW - Non-destructive testing KW - Sensor arrays KW - Spatial resolution PY - 2018 SN - 978-0-7354-1644-4 DO - https://doi.org/10.1063/1.5031535 SN - 0094-243X VL - 1949 SP - UNSP 040001, 1 EP - 10 AN - OPUS4-45050 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Hansen, L. A1 - Gaal, Mate A1 - Kersten, H. T1 - Acoustical analysis of DCSBD and MHC discharges N2 - Due to the multi-physical appearance of gas discharges the possibilities of interaction with their surrounding environment are very wide. Some of the most common applications are the surface or material modification and acting as an ion source for mass spectroscopy applications. Since atmosphere plasma generates a massive amount of thermal energy caused by collisions in the sheath, this temperature alternation is also able to produce acoustic waves in the ambient gas volume (as lightning and thunder), which is called thermoacoustic effect. This talk presents an overview of the experimental acoustic analysis of surface dielectric barrier and micro hollow cathode discharges. Regarding other methods of acoustic excitation, the thermoacoustic approach benefits of its massless working principle and the proper impedance matching. In addition to the characterisation, possible applications (e.g. plasma acoustic loudspeaker or transducer for air-coupled ultrasonic testing) concerning these discharge types are presented. T2 - DPG Frühjahrstagung (SAMOP) CY - Erlangen, Germany DA - 04.03.2018 KW - Gas discharges KW - Micro hollow cathode discharge KW - Surface dielectric barrier discharge KW - Atmospheric pressure plasma PY - 2018 AN - OPUS4-44443 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wasmer, Paul A1 - Krome, Fabian A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens T1 - Entwicklung eines Ultraschallsenors zur Flüssigkeitsanalyse in Rohrleitungen N2 - Zur Messung von Konzentrationen in Flüssigkeiten können akustische Sensoren genutzt werden. Ziel der vorliegend Arbeit ist es einen Sensor zu entwerfen der sehr hohe Messgenauigkeiten erzielen kann. Der Sensor besteht aus einem rechteckigen Rohr, welches auf einem Halbraum angebracht ist. Die Konzentrationsbestimmung erfolgt anhand des Resonanzverhaltens der Struktur, wodurch eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden kann. Um den Sensors zu verwirklichen, muss eine Optimierung der Geometrie mit vielen Iterationsschritten durchlaufen werden. Da keine analytische Beschreibung des akustischen Verhaltens vorliegt, wird eine effiziente Simulationsmethode benötigt. Die Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) für prismatische Strukturen erscheint für die Simulation geeignet, da Teile der Geometrie ohne neue Vernetzung geändert werden können. Für die Berechnung des Sensors wird ein Modell der akustischen Fluid-Struktur Interaktion benötigt, das bisher nicht vorhanden ist. Die Präsentation behandelt die Implementierung des Fluidmodells in die SBFEM und deren Validierung. Für die Validierung werden die Ergebnisse mit analytischen Beispielen ohne Fluid-Struktur Kopplung und mit Comsol-Ergebnissen der Dispersionskurven mit Wasser gefüllter Rohre verglichen. Schließlich wird das neuartige Verfahren für die Modellierung der Sensorgeometrie angewendet. An einer einfachen Geometrie wird das Sensorprinzip zur Bestimmung der Salzkonzentration demonstriert. T2 - DAGA 2018 - 44. Jahrestagung für Akustik CY - Munich, Germany DA - 19.03.2018 KW - Scaled Boundary Finite Element Method KW - Penalty Parameter KW - Fluid-Structure Interaction PY - 2018 AN - OPUS4-45259 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF 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 (SBFEM) for prismatic structures is an efficient method for the simulation of acoustic behavior. Hence a further development of the method is of great interest. The wave propagation can be calculated for isotropic and anisotropic materials in solids. As for many applications the acoustic behavior in fluids and the behavior in case of fluid-structure interaction (FSI) is subject of research, the implementation of a fluid model in SBFEM for prismatic structures is needed. In case of FSI the coupling between fluid and solid domains can be performed without additional effort when describing both domains in the same variables. Hence a displacement-based fluid description is used. As the discretized formulation leads to spurious modes, a penalty method to suppress the unphysical behavior is chosen. To validate the derived model a comparison with analytical solutions of purely fluid domains is made. As to verify that in case of FSI the model shows the right behavior, dispersion curves of water-filled pipes are calculated and compared to results obtained with Comsol. T2 - 89th GAMM Annual Meeting CY - Munich, Germany DA - 19.03.2018 KW - Scaled Boundary Finite Element Method KW - Fluid-Structure Interaction KW - Penalty Parameter PY - 2018 AN - OPUS4-45260 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wasmer, Paul A1 - Rathjen, Veith A1 - Hönig, Gerald A1 - Prager, Jens T1 - Ultraschallausbreitung in periodischen Strukturen - Simulation und Experiment N2 - Die Untersuchung von Ultraschallausbreitung in periodischen Strukturen ist aktuell von großem Interesse für eine zielgerichtete Beeinflussung der Schallausbreitung. Die bekanntesten Vertreter periodischer Strukturen sind die sogenannten phononischen Kristalle. Als phononischen Kristall bezeichnet man eine periodische Struktur bestehend aus einer Matrix, in die Störungen aus einem zweiten Material eingebracht worden ist. Dabei unterscheiden sich Matrixmaterial und das eingebrachte Material sehr stark in ihren akustischen Eigenschaften. Ein phononischer Kristall erzeugt Bandlücken, in denen die Schalltransmission durch den Kristall vollständig unterbunden ist. Außerhalb der Bandlücken hingegen findet eine ungehinderte Schallausbreitung statt. Diese speziellen Eigenschaften können beispielsweise dazu genutzt werden, frequenzselektive Wellenleiter zu konzipieren oder Schallfelder zu fokussieren. Die Kristallstrukturen können anhand der Anzahl der Dimensionen, in welchen eine Schallausbreitung unterbunden wird, unterteilt werden. So verhindert ein eindimensionaler Kristall nur die Schallausbreitung in eine Raumrichtung, wohingegen ein zwei- oder dreidimensionaler Kristall die Schallausbreitung in mehreren Raumrichtungen unterbindet. Für technische Anwendungen sind aufgrund ihrer einfachen Fertigung insbesondere ein- und zweidimensionale Strukturen von Interesse. In den vorgestellten Arbeiten werden ein- und zweidimensionale Kristalle theoretisch und experimentell untersucht. Für den eindimensionalen Fall wurde eine entartete Form des phonischen Kristalls gewählt, wobei ein Vollzylinder mit periodischer Querschnittsänderung betrachtet wurde. Ziel ist es dabei, die Schallausbreitung in axialer Richtung zu verhindern. Inspiriert wurde diese Anordnung durch die in [1] vorgestellte Tubular-Bell-Geometrie und dient als Vorarbeit für die Entwicklung eines Sensorsystems. Im Falle des zweidimensionalen Kristalls wird die Schallausbreitung in einer Platte mit regelmäßigen Bohrungen untersucht. Hier soll keine Schallausbreitung in der Ebene stattfinden. Als Voruntersuchungen werden zunächst Berechnungen mit Hilfe der Finiten Elementen Methode (FEM) und der Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) durchgeführt. Für die Berechnung der Dispersionskurven der Strukturen wurde COMSOL Multiphysics genutzt. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse liefern eine Vorhersage der Übertragungseigenschaften der Strukturen. Zur Simulation der Schallausbreitung in der eindimensionalen Struktur wird ein effizienter, achsensymmetrischer Ansatz der SBFEM verwendet. Hierbei entsteht ein numerisches Modell mit einer sehr geringen Anzahl an Freiheitsgraden. Diese effiziente Beschreibung ermöglicht eine zielgerichtete Optimierung der Geometrie der Struktur in Hinblick auf die geforderten akustischen Eigenschaften. Anhand der Simulationsergebnisse werden Testkörper für beide Strukturen gefertigt und deren Übertragungsverhalten im Vergleich mit den numerischen Ergebnissen experimentell überprüft. [1] – Lucklum R., Zubtsov M., Pennec Y. – Tubular Bell – Ein neuartiger Ultraschall-Rohrsensor, 3. Workshop des Fachausschusses der DEGA e.V., Messtechnische Anwendung von Ultraschall 20.06-22.06.2016, Kloster Drübeck T2 - 4. Workshop des Fachausschusses Ultraschall CY - Drübeck - Ilsenburg, Germany DA - 18.06.2018 KW - Phononisch Kristall KW - Sensorentwicklung PY - 2018 AN - OPUS4-45261 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wasmer, Paul A1 - Krome, Fabian A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens T1 - Entwicklung eines Ultraschallsensors zur Flüssigkeitsanalyse in Rohrleitungen N2 - Zur Messung von Konzentrationen in Flüssigkeiten können akustische Sensoren genutzt werden. Ziel der vorliegend Arbeit ist es einen Sensor zu entwerfen der sehr hohe Messgenauigkeiten erzielen kann. Der Sensor besteht aus einem rechteckigen Rohr, welches auf einem Halbraum angebracht ist. Die Konzentrationsbestimmung erfolgt anhand des Resonanzverhaltens der Struktur, wodurch eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden kann. Um den Sensors zu verwirklichen, muss eine Optimierung der Geometrie mit vielen Iterationsschritten durchlaufen werden. Da keine analytische Beschreibung des akustischen Verhaltens vorliegt, wird eine effiziente Simulationsmethode benötigt. Die Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) für prismatische Strukturen erscheint für die Simulation geeignet, da Teile der Geometrie ohne neue Vernetzung geändert werden können. Für die Berechnung des Sensors wird ein Modell der akustischen Fluid-Struktur Interaktion benötigt, das bisher nicht vorhanden ist. Die Präsentation behandelt die Implementierung des Fluidmodells in die SBFEM und deren Validierung. Für die Validierung werden die Ergebnisse mit analytischen Beispielen ohne Fluid-Struktur Kopplung und mit Comsol-Ergebnissen der Dispersionskurven mit Wasser gefüllter Rohre verglichen. Schließlich wird das neuartige Verfahren für die Modellierung der Sensorgeometrie angewendet. An einer einfachen Geometrie wird das Sensorprinzip zur Bestimmung der Salzkonzentration demonstriert. T2 - DAGA 2018 - 44. Jahrestagung für Akustik CY - Munich, Germany DA - 19.03.2018 KW - Scaled Boundary Finite Element Method KW - Penalty Parameter KW - Sensorentwicklung PY - 2018 SN - 978-3-939296-13-3 VL - 2018 SP - 1023 EP - 1026 AN - OPUS4-45262 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Jüngert, A. A1 - Dugan, S. A1 - Homann, Tobias A1 - Mitzscherling, Steffen A1 - Prager, Jens A1 - Pudovikov, S. A1 - Schwender, T. T1 - Advanced ultrasonic techniques for nondestructive testing of austenitic and dissimilar welds in nuclear facilities T2 - Proceeding QNDE 2017 N2 - Austenitic stainless steel welds as well as dissimilar metal welds with nickel alloy filler material, used in safety relevant parts of nuclear power plants, still challenge the ultrasonic inspection. The weld material forms large oriented grains which lead on the one hand to high sound scattering and on the other hand – to inhomogeneity and to the acoustic anisotropy of the weld structure. The ultrasonic wave fronts propagate not linearly, as in ferritic weld joints, but along the curves, which depend on the specific grain structure of the weld. Due the influence of these phenomena, it is difficult to analyze the inspection results and to classify the ultrasonic indications, which could be both from the weld geometry and from the material defects. A correct flaw sizing is not possible. In an ongoing research project, different techniques to improve the reliability of ultrasonic testing at these kinds of welds are investigated. In a first step (in the previous research project) two ultrasonic inspection techniques were developed and validated on plane test specimens with artificial and realistic flaws. In the ongoing project, these techniques are applied to circumferential pipe welds with longitudinal and transverse flaws. The technique developed at the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) in Germany uses a combination of ray tracing and synthetic aperture focusing technique (SAFT). To investigate the unknown grain structure, the velocity distribution of weld-transmitting ultrasound waves is measured and used to model the weld by ray tracing. The second technique, developed at the Fraunhofer Institute for Nondestructive Testing (IZFP) in Germany, uses Sampling Phased Array (Full Matrix Capture) combined with the reverse phase matching (RPM) and the gradient elastic constant descent algorithm (GECDM). This inspection method is able to estimate the elastic constants of the columnar grains in the weld and offers an improvement of the reliability of ultrasonic testing through the correction of the sound field distortion. The unknown inhomogeneity and anisotropy are investigated using a reference indication and the special optimization algorithm. Both reconstruction techniques give quantitative inspection results and allow the defect sizing. They have been compared to conventional ultrasonic testing with techniques, which are state of the art for components in nuclear power plants. The improvement will be quantified by the comparison of the probability of detection (POD) of each technique. T2 - 44th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation CY - Utah Valley Convention Center, Provo, Utah, USA DA - 15.07.2017 KW - Austenitic stainless steel KW - Nuclear power plants KW - Dissimilar welds KW - Nondestructive testing KW - Ultrasonic testing PY - 2018 SN - 978-0-7354-1644-4 SN - 0094-243X VL - 1949 SP - UNSP 110002, 1 EP - 9 AN - OPUS4-44148 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Jüngert, A. A1 - Dugan, S. A1 - Homann, Tobias A1 - Mitzscherling, Steffen A1 - Prager, Jens A1 - Pudovikov, S. A1 - Schwender, T. T1 - Advanced ultrasonic techniques for nondestructive testing of austenitic and dissimilar welds in nuclear facilities N2 - Austenitic stainless steel welds as well as dissimilar metal welds with nickel alloy filler material, used in safety relevant parts of nuclear power plants, still challenge the ultrasonic inspection. The weld material forms large oriented grains which lead on the one hand to high sound scattering and on the other hand – to inhomogeneity and to the acoustic anisotropy of the weld structure. The ultrasonic wave fronts propagate not linearly, as in ferritic weld joints, but along the curves, which depend on the specific grain structure of the weld. Due the influence of these phenomena, it is difficult to analyze the inspection results and to classify the ultrasonic indications, which could be both from the weld geometry and from the material defects. A correct flaw sizing is not possible. In an ongoing research project, different techniques to improve the reliability of ultrasonic testing at these kinds of welds are investigated. In a first step (in the previous research project) two ultrasonic inspection techniques were developed and validated on plane test specimens with artificial and realistic flaws. In the ongoing project, these techniques are applied to circumferential pipe welds with longitudinal and transverse flaws. The technique developed at the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) in Germany uses a combination of ray tracing and synthetic aperture focusing technique (SAFT). To investigate the unknown grain structure, the velocity distribution of weld-transmitting ultrasound waves is measured and used to model the weld by ray tracing. The second technique, developed at the Fraunhofer Institute for Nondestructive Testing (IZFP) in Germany, uses Sampling Phased Array (Full Matrix Capture) combined with the reverse phase matching (RPM) and the gradient elastic constant descent algorithm (GECDM). This inspection method is able to estimate the elastic constants of the columnar grains in the weld and offers an improvement of the reliability of ultrasonic testing through the correction of the sound field distortion. The unknown inhomogeneity and anisotropy are investigated using a reference indication and the special optimization algorithm. Both reconstruction techniques give quantitative inspection results and allow the defect sizing. They have been compared to conventional ultrasonic testing with techniques, which are state of the art for components in nuclear power plants. The improvement will be quantified by the comparison of the probability of detection (POD) of each technique. T2 - 44th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation CY - Utah Valley Convention Center, Provo, Utah, USA DA - 15.07.2017 KW - Austenitic stainless steel KW - Nuclear power plants KW - Dissimilar Welds KW - Nondestructive Testing KW - Ultrasonic Testing PY - 2018 AN - OPUS4-44151 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gaal, Mate A1 - Kersten, H. T1 - Acoustic emission by self-organising effects of micro-hollow cathode discharges JF - Applied Physics Letters N2 - We designed micro-hollow cathode discharge prototypes under atmospheric pressure and investi-gated their acoustic characteristics. For the acoustic model of the discharge, we correlated the self-organisation effect of the current density distribution with the ideal model of an acoustic membrane. For validation of the obtained model, sound particle velocity spectroscopy was used to detect and analyse the acoustic emission experimentally. The results have shown a behaviour similar to the ideal acoustic membrane. Therefore, the acoustic excitation is decomposable into its eigenfrequencies and predictable. The model was unified utilising the gas exhaust velocity caused by the electrohydrodynamic force. The results may allow a contactless prediction of the current density distribution by measuring the acoustic emission or using the micro-discharge as a tunable acoustic source for specific applications as well. KW - Micro hollow cathode discharge KW - Atmospheric pressure plasma KW - Gas discharges KW - Plasma acoustics PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1063/1.5024459 SN - 0003-6951 VL - 112 IS - 15 SP - Article 154102, 1 EP - 4 PB - AIP Publishing AN - OPUS4-44659 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Franz, Philipp A1 - Metz, Christian A1 - Brackrock, Daniel A1 - Fischer, C. A1 - Wachtendorf, Volker A1 - Maierhofer, Christiane T1 - Zerstörungsfreie Charakterisierung und Qualitätssicherung der Materialeigenschaften und Beständigkeit additiv gefertigter Kunststoffteile N2 - Mit additiven Fertigungsverfahren hergestellte Bauteile und Produkte aus Kunststoffen werden zunehmend nicht mehr nur als Prototypen, sondern als voll funktionsfähige Bauteile und Produkte gefertigt. Bedingt durch die Fertigungsprozesse und den schichtweisen Aufbau resultieren physikalische Materialeigenschaften, die stark von den Fertigungsparametern abhängen und zudem anisotrop sind. Von den Fertigungsparametern werden auch die Oberflächeneigenschaften beeinflusst, sodass zu erwarten ist, dass sich die Beständigkeit gegenüber äußeren Umwelteinflüssen bei additiv gefertigten Bauteilen von der konventionell gefertigter unterscheiden kann. Nachfolgend wird daher die Entwicklung eines Qualitätssicherungskonzeptes basierend auf spektroskopischen und zerstörungsfreien Prüfverfahren vorgestellt, in dem der Alterungsprozess von mittels Fused Deposition Modelling (FDM) und mittels Lasersintering (LS) hergestellten Probekörpern untersucht wird. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2018 CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Additive Fertigung KW - Kunststoffe KW - Zerstörungsfreie Prüfung PY - 2018 AN - OPUS4-44896 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Franz, Philipp A1 - Metz, Christain A1 - Brackrock, Daniel A1 - Fischer, C. A1 - Wachtendorf, Volker A1 - Maierhofer, Christiane T1 - Zerstörungsfreie Charakterisierung und Qualitätssicherung der Materialeigenschaften und Beständigkeit additiv gefertigter Kunststoffteile T2 - DGZfP-Jahrestagung 2018 N2 - Mit additiven Fertigungsverfahren hergestellte Bauteile und Produkte aus Kunststoffen werden zunehmend nicht mehr nur als Prototypen, sondern als voll funktionsfähige Bauteile und Produkte gefertigt. Bedingt durch die Fertigungsprozesse und den schichtweisen Aufbau resultieren physikalische Materialeigenschaften, die stark von den Fertigungsparametern abhängen und zudem anisotrop sind. Von den Fertigungsparametern werden auch die Oberflächeneigenschaften beeinflusst, sodass zu erwarten ist, dass sich die Beständigkeit gegenüber äußeren Umwelteinflüssen bei additiv gefertigten Bauteilen von der konventionell gefertigter unterscheiden kann. Nachfolgend wird daher die Entwicklung eines Qualitätssicherungskonzeptes basierend auf spektroskopischen und zerstörungsfreien Prüfverfahren vorgestellt, in dem der Alterungsprozess von mittels Fused Deposition Modelling (FDM) und mittels Lasersintering (LS) hergestellten Probekörpern untersucht wird. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2018 CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Additive Fertigung KW - Kunststoffe KW - Zerstörungsfreie Prüfung PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-449016 SN - 978-3-940283-92-4 VL - DGZfP BB 166 SP - Mo.2.A.1, 1 EP - 9 AN - OPUS4-44901 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Boehm, Rainer A1 - Heckel, Thomas ED - Bond, Leonard T1 - Simulation of Sparse Matrix Array Designs T2 - 44TH ANNUAL REVIEW OF PROGRESS IN QUANTITATIVE NONDESTRUCTIVE EVALUATION N2 - Matrix phased array probes are becoming more prominently used in industrial applications. The main drawbacks, using probes incorporating a very large number of transducer elements, are needed for an appropriate cabling and an ultrasonic device offering many parallel channels. Matrix arrays designed for extended functionality feature at least 64 or more elements. Typical arrangements are square matrices, e.g., 8 by 8 or 11 by 11 or rectangular matrixes, e.g., 8 by 16 or 10 by 12 to fit a 128-channel phased array system. In some phased array systems, the number of simultaneous active elements is limited to a certain number, e.g., 32 or 64. Those setups do not allow running the probe with all elements active, which may cause a significant change in the directivity pattern of the resulting sound beam. When only a subset of elements can be used during a single acquisition, different strategies may be applied to collect enough data for rebuilding the missing information from the echo signal. Omission of certain elements may be one approach, overlay of subsequent shots with different active areas may be another one. This paper presents the influence of a decreased number of active elements on the sound field and their distribution on the array. Solutions using subsets with different element activity patterns on matrix arrays and their advantages and disadvantages concerning the sound field are evaluated using semi-analytical simulation tools. Sound field criteria are discussed, which are significant for non-destructive testing results and for the system setup. T2 - QNDE 2017 CY - Utah, USA DA - 16.07.2017 KW - Imaging KW - Phased Array KW - Sparse Array KW - Matrix Array PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1063/1.5031560 SP - 1949 EP - 1958 PB - AiP CY - Melville, NY 11747 - 4300, USA AN - OPUS4-45175 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baensch, Franziska A1 - Hüsken, Götz A1 - Pirskawetz, Stephan A1 - Gründer, Klaus-Peter A1 - Kadoke, Daniel A1 - Baer, Wolfram A1 - Wossidlo, Peter A1 - Homann, Tobias A1 - Prager, Jens A1 - Stajanca, Pavol A1 - Habib, Abdel Karim A1 - Zauner, Michaela A1 - Sause, Markus G. R. A1 - Vergeynst, Lidewei A1 - Brunner, Andreas J. A1 - Niemz, Peter T1 - Acoustic emission testing N2 - The phenomenon of acoustic emission (AE) and fundamentals of AE testing procedures are presented. AE based failure analysis of reinforced concrete beam under bending load, steel pipe segments under bending load and wood based materials under tension load are discussed. T2 - INFRASTAR, Training Week #03 at AAU CY - Aalborg, Denmark DA - 04.06.2018 KW - Acoustic emission PY - 2018 AN - OPUS4-45147 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hönig, Gerald M. O. A1 - Schlichting, S. A1 - Wagner, M. R. A1 - Müssener, J. A1 - Hill, P. A1 - Grieb, T. A1 - Teubert, J. A1 - Schörmann, J. A1 - Rosenauer, A. A1 - Eickhoff, M. A1 - Hoffmann, A. A1 - Callsen, G. T1 - QCSE tuning in polar GaN/AlN heterostructures N2 - We show both theoretically and experimentally how the encapsulation of the active region by additional guard layers can be used to achieve a significant reduction of the built-in electric fields in polar nitride heterostructures. This reduction of the QCSE results in a strongly enhanced emission intensity and faster recombination dynamics in the active region. In particular we are able to shift the emission energy of 4-nm-thick GaN nano-discs up to 3.32 eV, which is just 150 meV below the bulk GaN bandgap as compared to a red-shift of about 1 eV in a conventional heterostructure with the same thickness. T2 - SPIE. PHOTONICS WEST OPTO CY - San Francisco, CA, USA DA - 29.01.2018 KW - QCSE KW - Piezopolarization KW - Spontaneous Polarization KW - IFGARD KW - Nanoheterostructures KW - Nonpolar PY - 2018 AN - OPUS4-43383 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Kotschate, Daniel A1 - Wendland, Saskia T1 - Airborne testing of molded polymer compounds N2 - Modern and energy-efficient materials are essential for innovative designs for aerospace and automotive industries. Current technologies for rapid manufacturing such as additive manufacturing and liquid composite moulding by polymer Extrusion allow innovative ways of creating robust and lightweight constructions. Commercially available printing devices often use polylactide (PLA) or acrylonitrile butadiene styrene (ABS) as raw material. Therefore, parameters like the infill ratio, influencing the ability to resist mechanical stress, may have a beneficial impact on the lifetime of components. These manufacturing technologies require a good knowledge about materials and even adapted non-destructive testing technologies and methods. Airborne ultrasonic testing has beneficial advantages for testing those lightweight constructions. It is a contact-free testing method, which does not require a liquid couplant. Therefore, it allows fast test cycles without any unwanted alternations of the material properties due to interactions with any coupling liquid. This contribution deals with the characterisation of printed specimens based on PLA by using airborne ultrasound and presents the current edge of non-destructive testing and evaluation using airborne ultrasonic transducers. The specimens, manufactured by polymer extrusion, are printed as thin plates. The infill ratio, as well as the material thickness, were varied to model density imperfections with different geometric shapes and properties. For better understanding of the limits of airborne ultrasonic testing in transmission, we compared own-developed transducers based on different physical principles: on ferroelectrets, on the thermoacoustic effect, as well as a new type of transducers based on gas discharges. T2 - 10th International Symposium on NDT in Aerospace CY - Dresden, Germany DA - 26.10.2018 KW - Airborne ultrasonic testing KW - Transducers KW - Ferroelectret KW - Thermoacoustic KW - Plasma KW - Polymer testing PY - 2018 AN - OPUS4-46655 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Schadow, Florian A1 - Nielow, Dustin A1 - Trappe, Volker T1 - Air-coupled ultrasonic ferroelectret transducers with additional bias voltage for testing of composite structures N2 - Common air-coupled transducers for non-destructive testing consist of a piezocomposite material and several matching layers. Better acoustical matching to air is achieved by transducers based on charged cellular polypropylene (PP). This material has about hundred times lower acoustic impedance than any piezocomposite, having about the same piezoelectric coefficient. The piezoelectric properties of cellular PP are caused by the polarization of air cells. Alternatively, a ferroelectret receiver can be understood as a capacitive microphone with internal polarization creating permanent internal voltage. The sensitivity of the receiver can be increased by applying additional bias voltage. We present an ultrasonic receiver based on cellular PP including a high-voltage module providing bias voltage up to 2 kV. The application of bias voltage increased the signal by 12 to 15 dB with only 1 dB increase of the noise. This receiver was combined with a cellular PP transmitter in through transmission to inspect several test specimens consisting of glass-fiber-reinforced polymer face sheets and a porous closed-cell PVC core. These test specimens were inspected before and after load. Fatigue cracks in the porous PVC core and some fatigue damage in the face sheets were detected. These test specimens were originally developed to emulate a rotor blade segment of a wind power plant. Similar composite materials are used in lightweight aircrafts for the general aviation. The other inspected test specimen was a composite consisted of glass-fiber-reinforced polymer face sheets and a wooden core. The structure of the wooden core could be detected only with cellular PP transducers, while commercial air-coupled transducers lacked the necessary sensitivity. Measured on a 4-mm thick carbon-fiber-reinforced polymer plate, cellular PP transducers with additional bias voltage achieved a 32 dB higher signal-to-noise ratio than commercial air-coupled transducers. T2 - 10th International Symposium on NDT in Aerospace CY - Dresden, Germany DA - 26.10.2018 KW - Airborne ultrasonic testing KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Ferroelectret KW - Composites KW - Rotor blade PY - 2018 AN - OPUS4-46656 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Schadow, Florian A1 - Nielow, Dustin A1 - Trappe, Volker T1 - Air-coupled ultrasonic ferroelectret transducers with additional bias voltage for testing of composite structures T2 - 10th International Symposium on NDT in Aerospace N2 - Common air-coupled transducers for non-destructive testing consist of a piezocomposite material and several matching layers. Better acoustical matching to air is achieved by transducers based on charged cellular polypropylene (PP). This material has about hundred times lower acoustic impedance than any piezocomposite, having about the same piezoelectric coefficient. The piezoelectric properties of cellular PP are caused by the polarization of air cells. Alternatively, a ferroelectret receiver can be understood as a capacitive microphone with internal polarization creating permanent internal voltage. The sensitivity of the receiver can be increased by applying additional bias voltage. We present an ultrasonic receiver based on cellular PP including a high-voltage module providing bias voltage up to 2 kV. The application of bias voltage increased the signal by 12 to 15 dB with only 1 dB increase of the noise. This receiver was combined with a cellular PP transmitter in through transmission to inspect several test specimens consisting of glass-fiber-reinforced polymer face sheets and a porous closed-cell PVC core. These test specimens were inspected before and after load. Fatigue cracks in the porous PVC core and some fatigue damage in the face sheets were detected. These test specimens were originally developed to emulate a rotor blade segment of a wind power plant. Similar composite materials are used in lightweight aircrafts for the general aviation. The other inspected test specimen was a composite consisted of glass-fiber-reinforced polymer face sheets and a wooden core. The structure of the wooden core could be detected only with cellular PP transducers, while commercial air-coupled transducers lacked the necessary sensitivity. Measured on a 4-mm thick carbon-fiber-reinforced polymer plate, cellular PP transducers with additional bias voltage achieved a 32 dB higher signal-to-noise ratio than commercial air-coupled transducers. T2 - 10th International Symposium on NDT in Aerospace CY - Dresden, Germany DA - 26.10.2018 KW - Airborne ultrasonic testing KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Ferroelectret KW - Composites KW - Transducers PY - 2018 SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-46657 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Wendland, Saskia A1 - Gaal, Mate T1 - Airborne testing of molded polymer compounds T2 - 10th International Symposium on NDT in Aerospace (Proceedings) N2 - Modern and energy-efficient materials are essential for innovative designs for aerospace and automotive industries. Current technologies for rapid manufacturing such as additive manufacturing and liquid composite moulding by polymer Extrusion allow innovative ways of creating robust and lightweight constructions. Commercially available printing devices often use polylactide (PLA) or acrylonitrile butadiene styrene (ABS) as raw material. Therefore, parameters like the infill ratio, influencing the ability to resist mechanical stress, may have a beneficial impact on the lifetime of components. These manufacturing technologies require a good knowledge about materials and even adapted non-destructive testing technologies and methods. Airborne ultrasonic testing has beneficial advantages for testing those lightweight constructions. It is a contact-free testing method, which does not require a liquid couplant. Therefore, it allows fast test cycles without any unwanted alternations of the material properties due to interactions with any coupling liquid. This contribution deals with the characterisation of printed specimens based on PLA by using airborne ultrasound and presents the current edge of non-destructive testing and evaluation using airborne ultrasonic transducers. The specimens, manufactured by polymer extrusion, are printed as thin plates. The infill ratio, as well as the material thickness, were varied to model density imperfections with different geometric shapes and properties. For better understanding of the limits of airborne ultrasonic testing in transmission, we compared own-developed transducers based on different physical principles: on ferroelectrets, on the thermoacoustic effect, as well as a new type of transducers based on gas discharges. T2 - 10th International Symposium on NDT in Aerospace CY - Dresden, Germany DA - 24.10.2018 KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Polymer KW - Plasma acoustics KW - Gas discharges KW - Atmospheric pressure plasma PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-465609 VL - 168 SP - Th.6.C.1, 1 EP - 7 AN - OPUS4-46560 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel T1 - Atmospheric pressure gas discharges and their acoustic emissions N2 - Overview about modelling, simulations and measurement of acoustic interactions caused by surface dielectric barrier discharges, micro hollow cathode discharges and plasma jets. T2 - Workgroup seminar on plasma physics and technology CY - Kiel, Germany DA - 25.10.2018 KW - Atmospheric pressure plasma KW - Gas discharges KW - Plasma acoustics KW - Plasma jet KW - Dielectric barrier discharge KW - Micro hollow cathode discharge PY - 2018 AN - OPUS4-46561 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - 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 JF - Proceedings in applied mathematics and mechanics : PAMM 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 DO - 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 - CONF A1 - Dreyer, Christian A1 - Kahle, Olaf A1 - Wegener, M. A1 - Prager, Jens T1 - Composite mit strukturintegrierter Sensorik N2 - Der Vortrag gibt einen Überblick über aktuelle Möglichkeiten zur Integration von sensorischen Funktionen in Leichtbauwerkstoffe, mit Fokus auf Faserverbundkunststoffe (FVK). Neben den unterschiedlichen Arten der eingesetzten Sensoren werden auch deren Arbeitsweisen, Anwendungsbereiche und Anwendungsbreiten erläutert. Es erfolgt eine Diskussion der Auswirkungen der Integration von Sensoren in die Bauteilstruktur und daraus abgeleitet eine Betrachtung der Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden. Das lernen die Teilnehmer im Vortrag: Integration von Sensoren in Faserverbundstrukturen Anwendungen von Sensorik Auswirkungen der Funktionsintegration auf die Composite T2 - 3. Anwendertreff Leichtbau CY - Würzburg, Germany DA - 04.12.2018 KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Ultraschallprüfung KW - Faserverbundwerkstoffe PY - 2018 AN - OPUS4-47313 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Zscherpel, Uwe A1 - Stegemann, Robert T1 - Update on Revision of ISO 24497 - NDT - MMM - Technique N2 - Presentation of the final compromise reached in 2018 for revision of ISO 24497, final draft for voting at ISO can be prepared now. T2 - IIW Annual Assembly 2018 CY - Bali, Indonesia DA - 15.07.2018 KW - NDT - Metal Magnetic Memory KW - Revision of ISO 24497 KW - New ISO draft PY - 2018 AN - OPUS4-47356 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Perez Alonso, M. T1 - Is there a need for a new standard for determination of steel cleanliness using high frequency ultrasonic testing? N2 - Increased use of high performance steel (HPS) for demanding applications calls for non-destructive ultrasonic testing methods which is covered by standards like SEP 1927 (1) and ASTM E588 (2). Here, an adaption of standards like increasing sensitivity and resolution of ultrasonic testing may be needed in order to improve determination of steel cleanliness. Modern requirements on standardization in that field have been evaluated during the INCAFAT project “A novel approach for rating fatigue-initiating inclusions in highly demanding steel” which was funded by the European Commission. Main results of this research show that an adapted standard should be open to different type of specimen due to the diversity in application. This includes a wide range from bars, rings and plates as well as different inspection sensitivities. An adapted standard should be open to the definition of the volume to be investigated and open to be selected by the user. Furthermore, for enhanced resolution the frequency range should be extended to higher frequencies. The use of focal beam probes shall be mandatory and probes should be selected according to the geometry of the specimen. Therefore, calibration procedures have to be improved significantly to allow proper sizing of indications. Indication height shall be directly transferred into an equivalent disc shaped reflector taking distance amplitude curves as well as signal amplitude distribution and signal travel time into account. A new standard draft proposal taking all these requirements into account has been filed in the frame of the INCAFAT project and is now on discussion. T2 - ECNDT - European Conference on Non-Destructive Testing 2018 CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.06.2018 KW - Cleaniliness purity grade ultrasound non-destructive volumetric measurement standard PY - 2018 AN - OPUS4-47210 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas T1 - Is phased array the future in modern ultrasonic rail inspection? N2 - Compared to standard ultrasonic testing methods the application of phased arrays offers advantages and flexibility by the electronic steering possibilities to control the transmitted and received sound fields as well as the image based evaluation of the recorded scans. For more than one decade phased array systems have been introduced and used in the railway sector for the inspection of wheelsets in the workshops. Up to the present field applications of phased array systems in rail inspection are rather rare. On the other hand a lot of scientific work on rail testing using phased arrays has been carried out in the recent past. Mechanized ultrasonic rail inspection poses strong challenges e.g. due to the harsh environment, complex flaw types and high inspection speeds. Different tasks have to be carried out by non-destructive testing ranging from manufacturing inspection of thermite welds to in-service inspection for operational induced flaws in the rail head, rail web and rail foot as well as rolling contact fatigue. This work will give an overview and categorization of different present approaches for rail testing using phased array. Phased array systems typically offer digital image based inspection results. This make these systems become the perfect candidates to feed inspection data into a modern big data based workflow, using e.g. cloud computing, signal processing and data fusion for recording, positioning and tracking of flaws and artefacts in rails and to gain additional benefit. Evaluation of promising innovative approaches and solutions for phased array based ultrasonic rail inspection in the frame of “Industry 4.0” will be discussed. T2 - QNDE - Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation CY - Burlington, VT, USA DA - 15.07.2018 KW - Rail Inspection Phased Array Ultrasound PY - 2018 AN - OPUS4-47211 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Gaal, Mate A1 - Schadow, Florian A1 - Brackrock, Daniel A1 - Blankschän, Michel A1 - Hosseini, Seyed A1 - Lodeiro, M. A1 - Segur, D. T1 - Comparison of the performance of ultrasonic non-destructive testing methods on inspection of fibre reinforced plastics N2 - In the last twenty years, components made of fibre-reinforced plastic became a prominently used material in safety-relevant structures. Periodic in-service inspection of these structures using reliable non-destructive testing methods became a relevant issue in the field. The goal of the EMRP-funded project VITCEA (Validated Inspection Techniques for Composites in Energy Applications) aims on the evaluation of the performance of various non-destructive testing methods on the inspection of fibre-reinforced plastics. In this talk the results of the comparison of different ultrasonic testing methods will be discussed. There are two challenges for the ultrasonic inspection of fibre-reinforced plastics. Firstly, different material properties of the fibre and the resin cause anisotropic acoustical behaviour of the material. Secondly, the physical layout of fibre layers leads to complex structures of fibre-reinforced plastic parts, and thus to a complex acoustical response. Both result in a reduction of the signal to noise ratio and make interpretation of measurement results rather extensive. During the VITCEA project, the acoustical behaviour of fibre-reinforced plate materials has been simulated. Specimens with artificial flaws for the evaluation of the detection thresholds have been designed and manufactured. Various mechanized ultrasonic testing methods including phased-array sensors, air-coupled transducers, immersion tank testing and contact technique have been evaluated on the specially designed specimen. Laboratory scale tests and a round robin test have been carried out. The probability of detection and the detection thresholds for each method have been estimated. T2 - ECNDT - European Conference on Non-Destructive Testing 2018 CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.06.2018 KW - Comparison ndt methods FRP fibre reinforced plastics ultrasound PY - 2018 AN - OPUS4-47213 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas T1 - Ist die Ultraschall-Phased-Array-Technik die Zukunft der mechanisierten Schienenprüfung im Zeitalter von Bahn 4.0? N2 - Die Ultraschall Phased-Array Technik bietet durch die variable elektronische Steuerung des Schallfeldes gegenüber konventioneller Prüftechnik Vorteile bei vielen Prüfaufgaben, sowohl bei der Datenaufnahme als auch der bildhaften Bewertung. Die mechanisierte Schienenprüfung stellt sehr hohe Anforderungen an die Prüftechnik insbesondere durch die hohen Prüfgeschwindigkeiten von bis zu 20 m/s. Im Rahmen dieses Vortrags wird evaluiert, welche Lösungsansätze auf Basis der Ultraschall Phased-Array Technik vielversprechend erscheinen für einen Einsatz im Umfeld von Bahn 4.0. T2 - 10. Fachtagung ZfP im Eisenbahnwesen CY - Wittenberge, Germany DA - 13.03.2018 KW - Eisenbahn KW - Phased Array KW - Ultraschall KW - Mechanisierte Schienenprüfung PY - 2018 AN - OPUS4-47214 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wack, Yannick A1 - Heckel, Thomas A1 - Boehm, Rainer A1 - Brackrock, Daniel T1 - Simulation der Schallausbreitung in Eisenbahnschienen mit FEM und SAM N2 - Die Simulation von Ultraschallausbreitung ist ein wesentliches Hilfsmittel zur Optimierung von Prüfanordnungen und wird zunehmend in der Prüfvorbereitung eingesetzt. Eisenbahnschienen sind Bauteile mit komplexer Geometrie und im eingebauten Zustand eingeschränkter Zugänglichkeit. Bei der Prüfung im Feld entstehen aus der Schienengeometrie komplexe Echosignale mit Formanzeigen, die schwer zu interpretieren sind. Für das bessere Verständnis der Schallausbreitung in der Eisenbahnschiene wird diese in einem ersten Schritt mit Hilfe verschiedener Ansätze modelliert. Hierbei werden Finite Elemente Methoden und semi-analytischen Modelle verwendet. In einem zweiten Schritt werden die Ergebnisse der Simulationsmodelle einander gegenübergestellt und mit Messungen an realen Schienen verglichen. Ziel dieser Untersuchungen ist die Validierung von Simulationsverfahren mit Hilfe von Messdatensätzen und Überprüfung der Anwendbarkeit bei der Bewertung von Ergebnissen der Schienenprüfung. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2018 CY - Leibzig, Gemany DA - 07.05.2018 KW - Ultraschall KW - FEM KW - Eisenbahn KW - Simulation KW - SAM PY - 2018 AN - OPUS4-47412 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wack, Yannick A1 - Heckel, Thomas A1 - Boehm, Rainer A1 - Brackrock, Daniel T1 - Simulation der Schallausbreitung in Eisenbahnschienen mit FEM und SAM N2 - Die Simulation von Ultraschallausbreitung ist ein wesentliches Hilfsmittel zur Optimierung von Prüfanordnungen und wird zunehmend in der Prüfvorbereitung eingesetzt. Eisenbahnschienen sind Bauteile mit komplexer Geometrie und im eingebauten Zustand eingeschränkter Zugänglichkeit. Bei der Prüfung im Feld entstehen aus der Schienengeometrie komplexe Echosignale mit Formanzeigen, die schwer zu interpretieren sind. Für das bessere Verständnis der Schallausbreitung in der Eisenbahnschiene wird diese in einem ersten Schritt mit Hilfe verschiedener Ansätze modelliert. Hierbei werden Finite Elemente Methoden und semi-analytischen Modelle verwendet. In einem zweiten Schritt werden die Ergebnisse der Simulationsmodelle einander gegenübergestellt und mit Messungen an realen Schienen verglichen. Ziel dieser Untersuchungen ist die Validierung von Simulationsverfahren mit Hilfe von Messdatensätzen und Überprüfung der Anwendbarkeit bei der Bewertung von Ergebnissen der Schienenprüfung. T2 - 10. Fachtagung - ZfP im Eisenbahnwesen 2018 CY - Wittenberge, Germany DA - 13.03.2018 KW - Ultraschall KW - FEM KW - Eisenbahn KW - Simulation KW - SAM PY - 2018 AN - OPUS4-47415 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bente, Klaas A1 - Kotschate, Daniel A1 - Wendland, Saskia A1 - Gaal, Mate T1 - The thermoacoustic effect and its application in air-coupled testing of composite structures N2 - Airborne ultrasonic testing of lightweight, structured composite materials enables fast and contact-free non-destructive testing in aerospace and avoids material degradation due to contact with a coupling liquid. Established resonant air-coupled transducers consist of piezocomposite materials and several matching layers or more advanced materials like charged cellular polypropylene. The relaxation time and the specific frequency of such mechanical ultrasound emitters limit the spectrum of applications for each device. A short pulse length is key for reliable defect detection and each component at test can be best characterized at material- and geometry-specific frequencies. Here we show that focused thermoacoustic transducers are suited for testing lightweight, structured composite plates. Since the ultrasound is generated in air, these transducers show no resonance behavior and emit a broadband acoustic spectrum between 1.2 kHz and 1 MHz. Composite specimens of 3 mm to 9 mm thickness made of polylactide with a honeycomb structure were tested. Flat bottom holes were introduced to quantify the spatial resolution of the imaging method inside the strongly anisotropic specimen. As no broadband receivers are available yet, cellular polypropylene transducers were used as receivers, which limits the bandwidth of the method towards the bandwidth of the receiver. Nevertheless, we demonstrate the competitiveness of the thermoacoustic transducer compared to mechanical emitters at their respective resonance frequencies. Because a thermoacoustic transmitter features a nearly ideal pulse width, a single transmitter can be coupled with receivers with different resonance frequencies. With the development of broadband ultrasound receivers, air-coupled ultrasound spectroscopy will likely be possible in the near future. The analyzed transducer holds the potential to speed up testing during production and maintenance in aerospace and automotives. Its combination with a broadband receiver could also expand the application field of air-coupled ultrasonic testing from a qualitative error detection towards a quantitative, spatially resolved analysis of mechanical material properties. T2 - 10th International Symposium on NDT in Aerospace CY - Dresden, Germany DA - 24.10.2018 KW - Thermoacoustics KW - Ultrasonic Testing KW - Broadband KW - Ultrasound Emission PY - 2018 AN - OPUS4-46466 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bente, Klaas T1 - The thermoacoustic effect and its application in air-coupled testing of composite structures T2 - DGZfP-Proceedings BB 168 N2 - Airborne ultrasonic testing of lightweight, structured composite materials enables fast and contact-free non-destructive testing in aerospace and avoids material degradation due to contact with a coupling liquid. Established resonant air-coupled transducers consist of piezocomposite materials and several matching layers or more advanced materials like charged cellular polypropylene. The relaxation time and the specific frequency of such mechanical ultrasound emitters limit the spectrum of applications for each device. A short pulse length is key for reliable defect detection and each component at test can be best characterized at material- and geometry-specific frequencies. Here we show that focused thermoacoustic transducers are suited for testing lightweight, structured composite plates. Since the ultrasound is generated in air, these transducers show no resonance behavior and emit a broadband acoustic spectrum between 1.2 kHz and 1 MHz. Composite specimens of 3 mm to 9 mm thickness made of polylactide with a honeycomb structure were tested. Flat bottom holes were introduced to quantify the spatial resolution of the imaging method inside the strongly anisotropic specimen. As no broadband receivers are available yet, cellular polypropylene transducers were used as receivers, which limits the bandwidth of the method towards the bandwidth of the receiver. Nevertheless, we demonstrate the competitiveness of the thermoacoustic transducer compared to mechanical emitters at their respective resonance frequencies. Because a thermoacoustic transmitter features a nearly ideal pulse width, a single transmitter can be coupled with receivers with different resonance frequencies. With the development of broadband ultrasound receivers, air-coupled ultrasound spectroscopy will likely be possible in the near future. The analysed transducer holds the potential to speed up testing during production and maintenance in aerospace and automotives. Its combination with a broadband receiver could also expand the application field of air-coupled ultrasonic testing from a qualitative error detection towards a quantitative, spatially resolved analysis of mechanical material properties. T2 - 10th International Symposium on NDT in Aerospace CY - Dresden, Germany DA - 24.10.2018 KW - Thermoacoustics KW - Ultrasonic Testing KW - Broadband KW - Ultrasound Emission PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-464677 SN - 978-3-940283-96-2 SP - 1 EP - 8 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) CY - Berlin AN - OPUS4-46467 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bulling, Jannis A1 - Gravenkamp, H. T1 - Ein Überblick über die Scaled Boundary Finite Element Method für akustische Wellenausbreitung in Festköpern N2 - In diesen Vortrag sind Ergebnissen der letzten Jahre zu der SBFEM an der BAM zu finden. Dabei wurde besonders auf die Stärken der Methode eingegangen. T2 - Doktorandenseminar – Ultraschallmesstechnik CY - Gohrisch, Germany DA - 28.10.2018 KW - SBFEM KW - Kontaktbedingungen PY - 2018 AN - OPUS4-46452 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vahlsing, Thorsten A1 - Delbeck, S. A1 - Leonhardt, S. A1 - Heise, H.M. T1 - Noninvasive monitoring of blood glucose using color-coded photoplethysmographic images of the illuminated fingertip within the visible and near-infrared range: Opportunities and questions JF - Journal of Diabetes Science and Technology N2 - Noninvasive blood glucose assays have been promised for many years and various molecular spectroscopy-based methods of skin are candidates for achieving this goal. Due to the small spectral signatures of the glucose used for direct physical detection, moreover hidden among a largely variable background, broad spectral intervals are usually required to provide the mandatory analytical selectivity, but no such device has so far reached the accuracy that is required for self-monitoring of blood glucose (SMBG). A recently presented device as described in this journal, based on photoplethysmographic fingertip images for measuring glucose in a nonspecific indirect manner, is especially evaluated for providing reliable blood glucose concentration predictions. KW - Color sensing KW - Noninvasive glucose sensing KW - Plethysmographic skin imaging KW - Skin tissue spectroscopy KW - Visible/near-infrared spectroscopy PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1177/1932296818798347 SN - 1932-2968 VL - 12 IS - 6 SP - 1169 EP - 1177 PB - Sage Publishing AN - OPUS4-46715 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Pérez Alonso, M. A1 - Albarrán Sanz, J. A1 - Dinkel, M. A1 - Heckel, Thomas A1 - Kotschate, Daniel A1 - Cabeza, Sandra A1 - Senaneuch, J. A1 - Heikkila, I. A1 - Toscanelli, O. T1 - A novel approach for rating fatigue-initiating inclusions in highly demanding steel (INCAFAT) T2 - EU publications N2 - INCAFAT project aimed to improve existing fatigue damage models by establishing the most suitable combination of measurement techniques to characterise harmful inclusion populations in highly demanding steels. The different inclusion assessments carried out confirm that, chemical composition, secondary metallurgy and manufacturing route affect content, nature, size and shape of inclusions. According to the FEM model, inclusions produce an alteration of the stress field in their surrounding region, which can promote a fatigue failure. Experimental work on fatigue testing has demonstrated that depending on the stressed direction fatigue failures in highly demanding steels could be produced by different types of inclusions. Fractography analyses confirmed that meso-inclusions harmful in fatigue cannot be rated by standard methods, nor 10 MHz ultrasonic testing (macro) or micro-cleanness assessments. The necessity of rating these meso-inclusions has led to critical evaluation of Extreme Value Analysis according to ASTM E2283-08 and the development of high frequency immersion ultrasonic testing. EVA methodology based on inclusion width can be applied reliably when principal stress is parallel to the rolling direction. On the contrary, if inclusions are testing in the elongated directions its fails. On the other hand, the guidelines and recommendations for high frequency ultrasonic testing have been compiled in a new European standard draft. This method based on focal beam probes and high-resolution devices is able to provide information on meso-inclusion distribution. KW - Material characterisation KW - Non-destructive testing KW - Ultrasonic testing KW - Cleanliness PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-479219 UR - https://publications.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/6bd25206-316a-11e8-b5fe-01aa75ed71a1/language-en/format-PDF/source-68610160 SN - 978-92-79-76985-6 DO - https://doi.org/10.2777/473350 SN - 1831-9424 SN - 1018-5593 SP - 1 EP - 154 AN - OPUS4-47921 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Casperson, Ralf A1 - Pohl, Rainer A1 - Pelkner, Matthias A1 - Knöppchen, Andreas T1 - Zerstörungsfreie Prüfung von Komposit-Druckbehältern und ferromagnetischen Kunststoffen unter Verwendung von Wirbelstromprüfgeräten N2 - Metallische Druckgefäße werden aus Gründen der Gewichtseinsparung zunehmend durch Composite-Druckgefäße ersetzt. Während der Alterungsprozess bei metallischen Druckgefäßen durch Wöhlerkurven hinreichend beschrieben wird, ist der Alterungsmechanismus bei Composite-Druckgefäßen noch nicht vollständig geklärt. Im Rahmen des BAM-interne Themenfeldprojekts COD-AGE werden mit diversen Verfahren alterungsbegleitende, zerstörungsfreie Prüfungen an Composite-Druckgefäßen durchgeführt. Im ersten Teil dieses Vortrages werden Ergebnisse der konventionellen und hochfrequenten Wirbelstromprüfung vorgestellt. Der zweite Teil des Vortrages beschäftigt sich mit der Prüfbarkeit von Kunststoffen aus Kunstharz und 3D-Druck mit dem Wirbelstromverfahren durch Zugabe ferromagnetischer Nanopartikel bzw. Verwendung von ferromagnetischem Filament. T2 - DGZfP Arbeitskreis Berlin CY - Berlin, Germany DA - 03.01.2018 KW - Wirbelstromprüfung KW - Druckbehälter KW - CFK KW - Ferromagnetischer Kunststoff KW - COD-AGE PY - 2018 AN - OPUS4-43700 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Casperson, Ralf A1 - Pohl, Rainer A1 - Pelkner, Matthias A1 - Knöppchen, Andreas T1 - Zerstörungsfreie Prüfung von Komposit-Druckbehältern und ferromagnetischen Kunststoffen unter Verwendung von Wirbelstromprüfgeräten N2 - Metallische Druckgefäße werden aus Gründen der Gewichtseinsparung zunehmend durch Composite-Druckgefäße ersetzt. Während der Alterungsprozess bei metallischen Druckgefäßen durch Wöhlerkurven hinreichend beschrieben wird, ist der Alterungsmechanismus bei Composite-Druckgefäßen noch nicht vollständig geklärt. Im Rahmen des BAM-interne Themenfeldprojekts COD-AGE werden mit diversen Verfahren alterungsbegleitende, zerstörungsfreie Prüfungen an Composite-Druckgefäßen durchgeführt. Nach einem kurzen Überblick über die BAM und den FB 8.4 werden zunächst die allgemeine Funktionsweise der Wirbelstromprüfung und die bildgebende Wirbelstromprüfung erklärt. Anschließend werden Ergebnisse der konventionellen und hochfrequenten Wirbelstromprüfung vorgestellt. Der letzte Teil des Vortrages beschäftigt sich mit der Prüfbarkeit von Kunststoffen aus Kunstharz und 3D-Druck mit dem Wirbelstromverfahren durch Zugabe ferromagnetischer Nanopartikel bzw. Verwendung von ferromagnetischem Filament. T2 - DGZfP Arbeitskreis Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 17.01.2018 KW - CFK KW - COD-AGE KW - Druckbehälter KW - Ferromagnetischer Kunststoff KW - Wirbelstromprüfung PY - 2018 AN - OPUS4-43809 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Casperson, Ralf A1 - Pohl, Rainer A1 - Munzke, Dorit A1 - Becker, Ben A1 - Pelkner, Matthias T1 - Eddy current testing of composite pressure vessels T2 - AIP Conference Proceedings N2 - The use of composite pressure vessels instead of conventional vessels made of steel or aluminum grew strongly over the last decade. The reason for this trend is the tremendous weight saving in case of composite vessels. However, the long-time behavior is not fully understood for filling and discharging cycles and creep strength and their influence on the CFRP coating (carbon fiber reinforced plastics) and the internal liner (steel, aluminum, or plastics). The CFRP ensures the pressure resistance while the inner liner is used as container for liquid or gas. To overcome the missing knowledge of ageing BAM started an internal project to investigate degradation of these material systems. Therefore, applicable testing methods like eddy current testing are needed. Normally, high-frequency eddy current testing (HF-ET, f > 10 MHz) is deployed for CFRP due to its low conductivity of the fiber, which is in the order of 0.01 MS/s, and the capacitive coupling between the fibers. Nevertheless, in some cases conventional ET can be applied. We show a concise summary of studies on the application of conventional ET of composite pressure vessels. T2 - QNDE 2017 CY - Provo, Utah, USA DA - 16.07.2017 KW - Eddy current KW - Composite KW - Pressure vessel PY - 2018 SN - 978-0-7354-1644-4 DO - https://doi.org/10.1063/1.5031622 SN - 0094-243X VL - 1949 SP - UNSP 160004, 1 EP - 8 AN - OPUS4-45051 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Casperson, Ralf A1 - Rühe, Sven A1 - Mook, Gerhard T1 - Signal processing for non-destructive testing of railway tracks T2 - AIP Conference Proceedings N2 - Increased speed, heavier loads, altered material and modern drive systems result in an increasing number of rail flaws. The appearance of these flaws also changes continually due to the rapid change in damage mechanisms of modern rolling stock. Hence, interpretation has become difficult when evaluating non-destructive rail testing results. Due to the changed interplay between detection methods and flaws, the recorded signals may result in unclassified types of rail flaws. Methods for automatic rail inspection (according to defect detection and classification) undergo continual development. Signal processing is a key technology to master the challenge of classification and maintain resolution and detection quality, independent of operation speed. The basic ideas of signal processing, based on the Glassy-Rail-Diagram for classification purposes, are presented herein. Examples for the detection of damages caused by rolling contact fatigue also are given, and synergetic effects of combined evaluation of diverse inspection methods are shown. T2 - QNDE - Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation CY - Provo, UT, USA DA - 16.07.2017 KW - Rail KW - Inspection KW - Train KW - Ultrasound KW - Signal KW - Processing PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1063/1.5031528 VL - 1949 SP - 030005-1 EP - 030005-7 AN - OPUS4-47217 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Stegemann, Robert A1 - Cabeza, Sandra A1 - Pelkner, Matthias A1 - Lyamkin, Viktor A1 - Pittner, Andreas A1 - Werner, Daniel A1 - Wimpory, R. A1 - Boin, M. A1 - Kreutzbruck, Marc A1 - Bruno, Giovanni T1 - Influence of the microstructure on magnetic stray fields of low-carbon steel welds JF - Journal of Nondestructive Evaluation N2 - This study examines the relationship between the magnetic mesostructure with the microstructure of low carbon steel tungsten inert gas welds. Optical microscopy revealed variation in the microstructure of the parent material, in the heat affected and fusion zones, correlating with distinctive changes in the local magnetic stray fields measured with high spatial resolution giant magneto resistance sensors. In the vicinity of the heat affected zone high residual stresses were found using neutron diffraction. Notably, the gradients of von Mises stress and triaxial magnetic stray field modulus follow the same tendency transverse to the weld. In contrast, micro-X-ray fluorescence characterization indicated that local changes in element composition had no independent effect on magnetic stray fields. KW - TIG-welding KW - GMR sensors KW - Magnetic stray field KW - Neutron diffraction KW - Residual stress KW - Microstructure KW - Low carbon steel PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1007/s10921-018-0522-0 SN - 0195-9298 SN - 1573-4862 VL - 37 IS - 3 SP - 66,1 EP - 18 PB - Springer US CY - New York AN - OPUS4-45855 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pelkner, Matthias A1 - Casperson, Ralf A1 - Pohl, Rainer A1 - Becker, Ben T1 - Conventional and HF Eddy Current Testing of Composite Pressure Vessels N2 - Composite pressure vessels consist of an internal liner (Steel, aluminum, or plastic) which stores the liquid or gas and CFRP (carbon fiber reinforced plastics) which serves as pressure resistance. These vessels comprise some advantages compared with conventional vessels made of steel or aluminum and their application grew strongly over the last decade. The reason for this trend is the tremendous weight saving. However, the long-time behavior for filling and discharging cycles and the creep strength of composite vessels is not fully understood. Therefore, BAM started an internal project to investigate degradation of these material systems. Normally, high-frequency eddy current testing (HF-ET, f > 10 MHz) is deployed for CFRP due to the low conductivity of the fibers, which is in the order of 0.01 MS/s, and the capacitive coupling between them. Nevertheless, in some cases conventional ET can be applied. Some first results using conventional ET for detecting leakages in the internal liners are already presented. This contribution gives an update of our investigation using both conventional and high-frequency ET. Therefore, we developed an ET equipment based on a vector network analyzer using frequencies between 300 kHz and 2 GHz. The focus concerns the study of the aging effects. T2 - 12th European conference on Non-Destructive Testing (ECNDT) CY - Gothenburg, Sweden DA - 11.06.2018 KW - Eddy current testing KW - Composite KW - Pressure vessel PY - 2018 AN - OPUS4-45302 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kotschate, Daniel A1 - Gohlke, Dirk A1 - Dobrovolskij, P. A1 - Vrana, J. A1 - Heckel, Thomas T1 - Herausforderungen bei der Prüfung von Schmiedeteilen durch Vorsatzkeile für Longitudinalwellenprüfköpfe T2 - Tagungsband der DACH-Jahrestagung 2019 N2 - Trotz moderner Sensortechnologien und Rekonstruktionsmethoden, findet die manuelle und automatisierte Ultraschallprüfung durch konventionelle Senkrecht- und Winkelprüfköpfe vielfach industriellen Einsatz. Um einen flexiblen Prüfeinsatz und die Prüfbarkeit von einfachen sowie komplexen Geometrien zu gewährleisten, werden dort oftmals Vorlaufkeile für die Winkelprüfung mit Longitudinalwellen angewendet um eine Anzeigenschräglage und deren Reflektivität auszugleichen bzw. zu verbessern. Durch den unterschiedlichen Aufbau, im Vergleich zu integrierten Scherwellen-Winkelprüfköpfen, können jedoch während der Prüfung Fehlanzeigen generiert werden. Diese fehlerhaften Anzeigen beruhen auf Mehrfachreflexionen und Wellenumwandlungen innerhalb des Vorlaufkeils, aufgrund der Geometrie und können im Feld nur bedingt von realen Anzeigen unterschieden werden. Dieser Beitrag zeigt die geometrische Betrachtung bei der Verwendung von Vorlaufkeilen und wurde experimentell durch die Bestimmung der Richtcharakteristik und dem Einsatz von elektrodynamischen Sonden validiert. Des Weiteren ermöglichen die so gewonnenen Abhängigkeiten einen vom Keilwinkel abhängigen Verstärkungsausgleich und somit eine korrekte Größenbestimmung durch einen geeigneten Vergleichsfehler. T2 - DACH-Jahrestagung 2019 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Richtcharakteristik KW - Vorlaufkeile KW - Mehrfachreflexion PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-480999 VL - 2019 SP - 1 EP - 7 PB - DGZfP Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung AN - OPUS4-48099 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas T1 - Fachbereich 8.4 - Akustische Verfahren N2 - Die akustischen Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung werden vorgestellt, die im Fachbereich 8.4 der BAM entwickelt werden. T2 - DGZfP Sitzung des Fachausschusses Luftfahrt CY - Berlin, Germany DA - 18.04.2019 KW - Ultraschall KW - Luftultraschall KW - Tauchtechnik KW - Geführte Wellen PY - 2019 AN - OPUS4-48069 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hillger, W. A1 - Szewieczek, A. A1 - Gaal, Mate A1 - Bente, Klaas T1 - Charakterisierung von Luftultraschallprüfköpfen mit thermoakustischen Wandlern N2 - Nicht nur die Qualitätssicherung von Bauteilen wird immer wichtiger und muss immer höheren Anforderungen entsprechen, sondern auch die dafür verwendete Prüfeinrichtung und die Sensorik. Für die Qualitätssicherung von Ultraschall-Prüfköpfen mit Luftankopplung bestand die bisherige Lösung darin, baugleiche Wandler als Aktuatoren (Referenzsender) einzusetzen. Für eine Weiterentwicklung der Wandler ist eine akustische Quelle wünschenswert, die eine weit größere Bandbreite mit flachem Frequenzgang aufweist, als die zu untersuchenden Prüfköpfe. Hier bieten sich thermoakustische Wandler an, die keine ausgeprägten Resonanzen haben und über eine hohe Bandbreite verfügen (min. 10 kHz bis 1 MHz). Diese wurden von der BAM in Berlin entwickelt und decken den Frequenzbereich von typischen Luftultraschall-Prüfköpfen vollständig ab. Der Vortag beschreibt die Besonderheiten der Ansteuerung dieser Wandler, die einen Innenwiderstand von ca. 7 Ohm besitzen und eine Pulsleistung von etwa 10 kW benötigen. Ferner werden erste Ergebnisse der Charakterisierung von unterschiedlichen piezokeramischen Prüfköpfen im Frequenzbereich von 50 kHz bis 500 kHz präsentiert. Beispielhaft zeigte ein Prüfkopf mit mehreren Anpassschichten lokale Frequenzunterschiede im Schallfeld. T2 - DACH-Jahrestagung 2019 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Ultrasound KW - Air coupled ultrasound KW - Thermoacoustics PY - 2019 UR - https://jahrestagung.dgzfp.de/Portals/jt2019/Dokumente/Kufa_GESAMT_klein_.pdf AN - OPUS4-48255 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Caetano, D. M. A1 - Rabuske, T. A1 - Fernandes, J. A1 - Pelkner, Matthias A1 - Fermon, C. A1 - Cardoso, S. A1 - Ribes, B. A1 - Franco, F. A1 - Paul, J. A1 - Piedade, M. A1 - Freitas, P. P. T1 - High-Resolution Nondestructive Test Probes Based on Magnetoresistive JF - IEEE Transaction on Industrial Electronics N2 - This paper discloses two high-sensitivity probes for Eddy Current Nondestructive Test (NDT) of buried and surface defects. These probes incorporate eight and 32 magnetoresistive sensors, respectively, which are optimized for high sensitivity and spatial resolution. The signal processing and interfacing are carried out by a full-custom application-specific integrated circuit (ASIC). The ASIC signal chain performs with a thermal input-referred noise of 30 nV/√Hz at 1 kHz, with 66 mW of power consumption, in a die with 3.7 × 3.4 mm 2 . NDT results are presented, showing that there is an increase in spatial resolution of surface defects when contrasted to prior art, enabling the probes to resolve defects with diameters of 0.44 mm, pitches of 0.6 mm, and minimum edge distance as low as 0.16 mm. The results also show that the probe for buried defects is a good all-round tool for detection of defects under cladding and multiple-plate flat junctions. KW - ASIC KW - Magnetoresistive sensor KW - Nondestructive testing KW - Eddy current testing KW - High resolution PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2879306 VL - 66 IS - 9 SP - 7326 EP - 7337 PB - IEEE AN - OPUS4-48239 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gaal, Mate A1 - Caldeira, Rui A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Schadow, Florian A1 - Vössing, Konrad A1 - Kupnik, M. T1 - Air-coupled ultrasonic ferroelectret receiver with additional bias voltage JF - IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control N2 - High sensitivity is an important requirement for air-coupled ultrasonic sensors applied to materials testing. With a lower acoustic impedance than any piezoelectric material, charged cellular polypropylene (PP) offers better matching to air with a similar piezoelectric coefficient. The piezoelectric properties of charged cellular PP originate from their polarization, creating permanent internal voltage. The sensitivity of the sensor can be increased by applying additional dc bias voltage, as it has been done already for transmitters. This work presents the first ultrasonic sensor based on charged cellular PP including a high-voltage module providing dc bias voltage up to 2 kV. This bias voltage led to an increase in the signal-to-noise ratio of up to 15 ± 1 dB. The measurement of the received signal depending on the applied bias voltage is proposed as a new method of determining the internal voltage of ferroelectrets. The sensor combined with a cellular PP transmitter was applied to nondestructive testing of a rotor blade segment and glued-laminated timber, enabling imaging of the internal structure of these specimens with a thickness around 4 cm. KW - Acoustic sensors KW - Ferroelectret KW - Nondestructive testing KW - Ultrasonic imaging KW - Ultrasonic transducers PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1109/TUFFC.2019.2925666 SN - 0885-3010 SN - 1525-8955 VL - 66 IS - 10 SP - 1600 EP - 1605 PB - IEEE AN - OPUS4-49131 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, I. A1 - Moll, J. A1 - Kexel, C. A1 - Schubert, L. A1 - Tschöke, K. A1 - Prager, Jens A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Bach, M. A1 - Vogt, T. T1 - SHM using Guided Waves – Recent Activities and Advances in Germany N2 - Issues that prevent Structural Health Monitoring (SHM) based on Guided Waves (GW) from being a part of today’s monitoring solutions in industry are not all obvious to the scientific community. To uncover and overcome these issues, scientists working on SHM and GW problems joined in an expert committee under the patronage of the German Society for Non-Destructive Testing. An initiated online survey among more than 700 experts and users reveals the hurdles hindering the practical application of GWbased SHM. Firstly, methods for proof of reliability of SHM approaches are missing. Secondly, detailed understanding of phenomenological described wave-damage interactions is needed. Additionally, there are significant unsolved implementation issues and unsolved problems of signal processing including handling of environmental influences. To enable substantial proof of reliability without unaffordable experimental effort also efficient simulation tools including realistic damage interaction are needed, enabling the joint use of experimental and simulated data to predict the capabilities of the Monitoring system. Considering these issues, the committee focusses on simulation, signal processing, as well as probability of detection and standardization. In the presented work, recent activities of the expert committee starting with survey results are summarized. An open access data basis of life-like measurements is presented to allow testing and comparison of signal processing and simulation algorithms. Finally, a strategy for efficient proof of reliability increasing the acceptance of SHM in industry and for successful Integration of SHM into real-world engineering structures is proposed. T2 - The 12th International Workshop on Structural Health Monitoring (IWSHM) CY - Stanford, California, USA DA - 10.09.2019 KW - Structural Health Monitoring KW - Ultrasonic Guided Waves KW - Non-Destructive Testing KW - Survey KW - Probability of Detection KW - Reliability PY - 2019 AN - OPUS4-49231 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, I. A1 - Moll, J. A1 - Kexel, C. A1 - Schubert, L. A1 - Tschöke, K. A1 - Prager, Jens A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Bach, M. A1 - Vogt, T. T1 - SHM using Guided Waves – Recent Activities and Advances in Germany T2 - Proceedings of the 12th International Workshop on Structural Health Monitoring N2 - Issues that prevent Structural Health Monitoring (SHM) based on Guided Waves (GW) from being a part of today’s monitoring solutions in industry are not all obvious to the scientific community. To uncover and overcome these issues, scientists working on SHM and GW problems joined in an expert committee under the patronage of the German Society for Non-Destructive Testing. An initiated online survey among more than 700 experts and users reveals the hurdles hindering the practical application of GWbased SHM. Firstly, methods for proof of reliability of SHM approaches are missing. Secondly, detailed understanding of phenomenological described wave-damage interactions is needed. Additionally, there are significant unsolved implementation issues and unsolved problems of signal processing including handling of environmental influences. To enable substantial proof of reliability without unaffordable experimental effort also efficient simulation tools including realistic damage interaction are needed, enabling the joint use of experimental and simulated data to predict the capabilities of the Monitoring system. Considering these issues, the committee focusses on simulation, signal processing, as well as probability of detection and standardization. In the presented work, recent activities of the expert committee starting with survey results are summarized. An open access data basis of life-like measurements is presented to allow testing and comparison of signal processing and simulation algorithms. Finally, a strategy for efficient proof of reliability increasing the acceptance of SHM in industry and for successful Integration of SHM into real-world engineering structures is proposed. T2 - The 12th International Workshop on Structural Health Monitoring (IWSHM) CY - Stanford, California, USA DA - 10.09.2019 KW - Structural Health Monitoring KW - Ultrasonic Guided Waves KW - Non-Destructive Testing KW - Survey KW - Probability of Detection KW - Reliability PY - 2019 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-49232 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wasmer, Paul A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens T1 - Ultrasonic measurement system based on phononic crystals N2 - An essential task in many industries, e.g. food, petrol or chemical industry, is the precise and accurate characterization of liquids. Therefore, the development of innovative in-line sensors is of great interest. New concepts based on periodic structures, so-called phononic crystals (PnCs), are an interesting idea for the design of innovative sensors. A PnC-based sensor can be designed by introducing a resonance inside a bandgap, a frequency region where no wave propagation is allowed. High-Q measurement systems using PnCs are already reported in the literature. However, existing designs cannot be implemented into a piping system directly, but need special fittings, openings or by-passes to be in contact with the liquid. To circumvent this issue, we develop a new sensor based on PnCs, which can be directly implemented as part of the piping system. For this purpose, we use a PnC consisting of hollow cylinders with a periodic change of the outer diameter. A bandgap could be found for the described geometry without fluid in simulation and measurement. However, simulations show, that a bandgap for fluid-filled cylinders can only be obtained for quasi-longitudinal modes. Hence, we propose a mode selective excitation for the sensor. T2 - ICA 2019 CY - Aachen, Germany DA - 09.09.2019 KW - Phononic crystal KW - Ultrasound PY - 2019 AN - OPUS4-49430 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Heckel, Thomas A1 - Brackrock, Daniel T1 - Linear and matrix phased array inspection of complex thin wall components N2 - The application of phased arrays in either linear or matrix arrangement in combination with signal processing opens the door for the mechanized inspection of different thin wall materials itself as well as their joining methods. Modern lightweight components are typically manufactured by a composition of different types of e.g. steels, metals, fiber reinforced plastics and glass. Dependent on the material combinations e.g. welding, brazing, bonding, cladding or coating may be applied during the manufacturing process to join different semi-finished products to form the component. The resulting complex material composition and different damage mechanisms pose new challenges to non-destructive testing with ultrasound due to the different material properties and the overall arrangement of the materials employed. The sound field variation capabilities of array probes may be helpful to overcome some of these challenges if adapted to the specific inspection task. Examples for the non-destructive mechanized phased array inspection of different types of materials and joining methods will be presented. T2 - KINT Symposium CY - Amsterdam, The Netherlands DA - 30.10.2019 KW - Matrix array KW - Phased array KW - Joints PY - 2019 AN - OPUS4-49538 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Prager, Jens A1 - Vogt, T. T1 - Zum Einsatz geführter Wellen für die Ultraschallprüfung – Ergebnisse der Onlineumfrage JF - ZfP-Zeitung N2 - Der Unterausschuss „Geführte Wellen“ im Fachausschuss „Zustandsüberwachung“ der Deutschen Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) hat in einer Online-Umfrage den aktuellen Stand des Einsatzes geführter Ultraschallwellen für die zerstörungsfreie Prüfung und die Strukturüberwachung (structural health monitoring) ermittelt. Es wurden deutsche und internationale Firmen und Forschungseinrichtungen befragt und mehr als 400 beantwortete Fragebögen ausgewertet. Die Umfrageergebnisse zeigen deutlich, welche Vorteile geführte Wellen bringen, aber auch welche Probleme zu bewältigen sind, um einen breiteren Einsatz der Verfahren zu ermöglichen. Aus den Ergebnissen werden Schlussfolgerungen für die weitere Ausrichtung der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten aber auch von Aktivitäten zur Normung und zur Bewertung der Zuverlässigkeit der Prüfverfahren abgeleitet KW - Structural Health Monitoring KW - Geführte Wellen KW - Zustandsüberwachung PY - 2019 UR - https://www.dgzfp.de/Portals/24/Zeitung/Ausgaben/Zeitung166.pdf SN - 1616-069X VL - 166 IS - Oktober SP - 8 EP - 9 PB - DGZfP e.V. CY - Berlin AN - OPUS4-49508 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Hufschläger, Daniel A1 - Bente, Klaas T1 - Advances in air-coupled ultrasonic transducers for non-destructive testing T2 - Proceedings of Meetings on Acoustics N2 - Commercially available air-coupled transducers applied in non-destructive testing consist of a piezocomposite material and matching layers to reduce the impedance mismatch between the transducer and air. This contribution is an overview of innovative approaches using new piezoelectric materials and other physical principles to transmit and receive an ultrasonic pulse in air. Capacitive and piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (CMUTs and PMUTs) produce high pressure levels, but they exhibit a very narrow bandwidth. Optical laser-based methods for transmitting and receiving ultrasound promise a higher bandwidth, but do not achieve the same sensitivity as conventional air-coupled transducers. Ferroelectrets are charged cellular polymers exhibiting piezoelectric properties, having a very small acoustic impedance well matched to air. Ferroelectret transducers achieve about the same bandwidth as the most broadband conventional air-coupled transducers, having a higher sensitivity. Thermoacoustic transducers use heat to initiate an acoustic wave, acting as transmitters in ultrasonic range. Thermoacoustic transducers enable excitation of extremely broadband pulses while producing high pressure levels, which opens new possibilities for advanced signal processing. The newest member of the family of air-coupled ultrasonic transmitters is the plasma-based transducer, using both the thermoacoustic effect and the movements of the ions (so called ionic wind) to create acoustic waves. T2 - International Congress on Ultrasonics CY - Bruges, Belgium DA - 03.09.2019 KW - Air-coupled transducers KW - Ferroelectret KW - Thermoacoustics KW - Plasma acoustics KW - Non-destructive testing PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1121/2.0001072 SN - 1939-800X N1 - Geburtsname von Hufschläger, Daniel: Kotschate, D. - Birth name of Hufschläger, Daniel: Kotschate, D. VL - 38 IS - 1 SP - 030003-1 EP - 030003-7 PB - American Institute of Physics CY - Lancaster, Pa. AN - OPUS4-50103 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Dominguez-Macaya, A. A1 - Gaal, Mate A1 - Gómez Álvarez-Arenas, T. E A1 - Aurrekoetxea, J. A1 - Iturrospe, A. T1 - Air-coupled ultrasonic testing with Lamb waves for straight and curved GFRP plates T2 - Proceedings of Meetings on Acoustics 38 N2 - The use of composite materials has been steadily growing during the last decades, as well as the requirements on quality, mechanical properties and geometries of the parts. Some processes, like the 3D UV pultrusion process, manufacture parts that are long and thin, whilst having a varying curvature radius along the same part or even no curvature at all. Studying their mechanical properties along the main fiber direction, which is of foremost interest, is not an easy task nor efficient with most nondestructive methods. The use of air-coupled ultrasonics to evaluate the properties of composite materials has been widely proved by several authors, mainly using guided waves that provide information on the orthotropic properties of this kind of materials. Most of this work has focused on analyzing straight plate-like geometries, due to the simplicity to generate desired Lamb modes in the plate and analyze the behavior of guided waves inside the plate. In our contribution, the differences in the propagation of Lamb waves for straight and curved geometry glass fiber reinforced polymers (GFRP) have been analyzed. A GFRP test sample cured with UV light with one straight and one curved area has been evaluated. The responses of the generated Lamb wave modes for the straight and curved geometries have been compared, accounting for variations in the transducer characteristics, e.g. resonance behavior and focusing. T2 - International Congress on Ultrasonics CY - Bruges, Begium DA - 03.09.2019 KW - Air-coupled KW - Guided waves KW - Composites PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1121/2.0001072 VL - 38 SP - 045005 AN - OPUS4-50104 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate T1 - Ferroelektret-Wandler für Luftultraschall N2 - Es wird ein Überblick über die Forschung an Ferroelektret-Wandlern für luftgekoppelte Ultraschallprüfung gegeben. T2 - Innovative ZFP mit bildgebender Ultraschallprüftechnik CY - Braunschweig, Germany DA - 29.11.2019 KW - Luftultraschall KW - Ferroelektret KW - Wandler PY - 2019 AN - OPUS4-50107 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ratassepp, M. A1 - Rao, J. A1 - Yu, X. A1 - Fan, Z. A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Prager, Jens T1 - Considering anisotropy in guided wave tomography for composite laminates N2 - Recently, various guided wave tomography algorithms have been developed to map structural changes from remote locations. The focus has been on structures made of isotropic materials and little work has been done on structures made of anisotropic materials. Primary complication to implement tomography in composite laminates is associated with the complex forward model to accurately simulate the 3-D guided wave propagation. In this study, we demonstrate that guided wave propagation can be approximated by an equivalent 2-D acoustic model. It is based on finite-difference discretization method in which the wave-field is parameterized by phase velocity and dimensionless anisotropic parameters. The reconstruction of defects is based on a full-waveform inversion algorithm and was implemented on the data obtained from finite element simulations. Results on a localized stiffness defects in composite plates with various layups demonstrate the attractiveness of the proposed methodology. T2 - International Symposium on Nondestructive Characterization of Materials (ISNCM 2019) CY - Portoroz, Slovenia DA - 17.09.2019 KW - Lamb waves KW - Ultrasonic Guided Waves KW - Multilayered structures PY - 2019 AN - OPUS4-50059 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wasmer, Paul A1 - Bulling, Jannis A1 - Gravenkamp, Hauke A1 - Prager, Jens T1 - Acoustic-structure interaction in the scaled boundary finite element method for primsatic geometries N2 - Due to the short wavelength compared to the dimensions of the structure, the simulation of ultrasonic waves is still a challenging task. A numerical method well suited for this purpose is the semi-analytical Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM). When applying this method, only the boundary of a computational domain is discretized using finite elements, while the interior is described by an analytical ansatz. Hence, the number of degrees of freedom is reduced significantly compared to the classical Finite Element Method (FEM). In recent years, a particular formulation of the SBFEM for the simulation of ultrasonic guided waves was developed. The method constitutes an efficient algorithm for prismatic structures of arbitrary length, such as plates, pipes, or beams. Wave propagation phenomena in such structures can be modeled for isotropic and anisotropic inhomogeneous waveguides. Even though the method is an efficient tool for the simulation of guided waves in solid media, a reliable model for the simulation of acoustic wave propagation in fluids as well as acoustic-structure interaction in terms of SBFEM is still missing. In principle, the fluid can be described by a displacement-based formulation and thus be implemented in existing SBFEM algorithms for solid bodies. However, due to the discretization with classical finite elements, spurious modes occur, which cannot be separated from the physical modes straightforwardly. The spurious modes can be suppressed using a penalty parameter. Although very accurate results were achieved for some problems, this procedure has been proven unreliable for certain cases. For this reason, we propose a different approach in this contribution. We employ a pressure model to simulate the acoustic behavior of fluids. The implementation of the pressure model results in a higher effort due to the necessity of incorporating coupling terms, but it presents a stable alternative without spurious modes. The accuracy of the method is demonstrated in comparison with analytical solutions and results obtained using the FEM. T2 - GACM 2019 CY - Kassel, Germany DA - 28.08.2019 KW - Scaled Boundary Finite Element Method KW - Guided Waves KW - Acoustic-structure interaction PY - 2019 AN - OPUS4-48846 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wasmer, Paul A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens T1 - Ultrasonic sensor based on phononic crystals T2 - Proceedings of the ICA 2019 AND EAA EUROREGIO N2 - An essential task in many industries, e.g. food, petrol or chemical industry, is the precise and accurate characterization of liquids. Therefore, the development of innovative in-line sensors is of great interest. New concepts based on periodic structures, so-called phononic crystals (PnCs), are an interesting idea for the design of innovative sensors. A PnC-based sensor can be designed by introducing a resonance inside a bandgap, a frequency region where no wave propagation is allowed. High-Q measurement systems using PnCs are already reported in the literature. However, existing designs cannot be implemented into a piping system directly, but need special fittings, openings or by-passes to be in contact with the liquid. To circumvent this issue, we develop a new sensor based on PnCs, which can be directly implemented as part of the piping system. For this purpose, we use a PnC consisting of hollow cylinders with a periodic change of the outer diameter. A bandgap could be found for the described geometry without fluid in simulation and measurement. However, simulations show, that a bandgap for fluid-filled cylinders can only be obtained for quasi-longitudinal modes. Hence, we propose a mode selective excitation for the sensor. T2 - ICA 2019 CY - Aachen, Germany DA - 09.09.2019 KW - Phononic crystal KW - Ultrasound PY - 2019 SN - 978-3-939296-15-7 SN - 2226-7808 SN - 2415-1599 SP - 969 EP - 976 AN - OPUS4-48860 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Johannesmann, S. A1 - Henning, B. A1 - Prager, Jens T1 - Analysis of Lamb wave mode repulsion and its implications to the characterisation of adhesive bonding strength N2 - Lamb waves are widely used for non-destructive evaluation of material parameters as well as for detection of defects. Another application of Lamb waves is quality control of adhesive joints. Researchers are currently investigating shear horizontal and zero-group velocity modes for characterisation of the adhesive bonding strength. In a new approach, Lamb wave mode repulsion is used to obtain the coupling strength between different layers to characterise the adhesive bonding strength. The modes of the individual layers become coupled in the multilayered systems forming particular regions, the so-called mode repulsion regions. This study investigates these modes and their interaction in two-layered plate-like structures with varying coupling strength both numerically, with the Scaled Boundary FEM, and experimentally. T2 - International Congress on Ultrasonics CY - Bruges, Belgium DA - 03.09.2019 KW - Lamb waves KW - Multi-layered system KW - Adhesive joint KW - Mechanical strength KW - Scaled Boundary FEM PY - 2019 AN - OPUS4-48910 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Johannesmann, S. A1 - Henning, B. A1 - Prager, Jens T1 - Analysis of Lamb wave mode repulsion and its implications to the characterisation of adhesive bonding strength T2 - Proceedings of International Congress on Ultrasonics N2 - Lamb waves are widely used for non-destructive evaluation of material parameters as well as for detection of defects. Another application of Lamb waves is quality control of adhesive joints. Researchers are currently investigating shear horizontal and zero-group velocity modes for characterisation of the adhesive bonding strength. In a new approach, Lamb wave mode repulsion is used to obtain the coupling strength between different layers to characterise the adhesive bonding strength. The modes of the individual layers become coupled in the multilayered systems forming particular regions, the so-called mode repulsion regions. This study investigates these modes and their interaction in two-layered plate-like structures with varying coupling strength both numerically, with the Scaled Boundary FEM, and experimentally T2 - International Congress on Ultrasonics CY - Bruges, Belgium DA - 03.09.2019 KW - Lamb waves KW - Multi-layered system KW - Adhesive joint KW - Mechanical strength KW - Scaled Boundary FEM PY - 2019 SP - 1 EP - 4 AN - OPUS4-48911 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Kotschate, Daniel A1 - Bente, Klaas T1 - Advances in air-coupled ultrasonic transducers for non-destructive testing N2 - Conventional ultrasonic testing involves the application of a fluid couplant for impedance matching. Increasing use of lightweight structures, composite materials and adhesive joints mostly in aerospace and automotive industry created an increasing interest in air-coupled ultrasonic testing methods, to protect sensitive surfaces and simplify maintenance. Commercially available air-coupled transducers consist of a piezocomposite material and matching layers to reduce the impedance mismatch between the transducer and air. This contribution is an overview of innovative approaches using new piezoelectric materials and other physical principles to transmit and receive an ultrasonic pulse in air. Capacitive and piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (CMUTs and PMUTs) produce high pressure levels, but they exhibit a very narrow bandwidth. Optical laser-based methods for transmitting and receiving ultrasound promise a higher bandwidth, but do not achieve the same sensitivity as conventional air-coupled transducers. Ferroelectrets are charged cellular polymers exhibiting piezoelectric properties, having a very small acoustic impedance well matched to air. Ferroelectret transducers achieve about the same bandwidth as the most broadband conventional air-coupled transducers, having a higher sensitivity. Thermoacoustic transducers use heat to initiate an acoustic wave, acting as transmitters in ultrasonic range. Thermoacoustic transducers enable excitation of extremely broadband pulses while producing high pressure levels, which opens new possibilities for advanced signal processing. The newest member of the family of air-coupled ultrasonic transmitters is the plasma-based transducer, using both the thermoacoustic effect and the movements of the ions (so called ionic wind) to create acoustic waves. T2 - International Congress on Ultrasonics CY - Bruges, Belgium DA - 03.09.2019 KW - Air-coupled transducers KW - Non-destructive testing KW - Ferroelectret KW - Thermoacoustics KW - Plasma acoustics PY - 2019 AN - OPUS4-48963 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Boehm, Rainer A1 - Heckel, Thomas A1 - Brackrock, Daniel A1 - Spruch, W. A1 - Beggerow, T. ED - Bond, L. J. ED - Holland, S. ED - Laflamme, S. T1 - High Speed Hollow Axle Inspection with a New Designed Cone Type Phased Array N2 - Hollow axle inspection can be performed without demounting the axles and without dismantling the wheels and the brake discs by using the drilling for the scan. To increase inspection reliability and inspection speed, the application of phased array systems instead of conventional probes is a good choice. For solid shaft inspection phased array setups became standard in the recent years. Nevertheless, for hollow axle inspection typically a number of conventional probes rotating through the axles drilling are applied. The new approach uses an electronically steered rotating sound field from a phased array for the circumferential scan. This is realized by a cone shaped phased array which operates in immersion technique. That allows a significant increase in inspection speed and a reduction of the mechanical effort of the inspection system. The inspection can be carried out by a linear movement of the probe setup along the axles drilling. Applying additional focal laws allows exact inclination and focusing of the sound beam in the plane vertical to the specimen axis to concentrate the sound in the zones close to the external surface. An additional focus in the plane of incidence increases overall resolution and sensitivity. The cone type phased array probe has been optimized to detect transversal flaws in and close to the outer surface of the hollow axle with orientation in the radial-radial plane. The prototype probe system, sound field simulations and measurement results are presented. T2 - 45th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation CY - Portland, Oregon, USA DA - 13.07.2019 KW - Cone Shaped Phased Array KW - Hollow Axle Inspection KW - High Speed Testing PY - 2019 SN - 978-0-7354-1832-5 DO - https://doi.org/10.1063/1.5099834 SN - 0094-243X VL - 2102 IS - 1 SP - UNSP 100006-1 EP - UNSP 100006-11 PB - American Institute of Physics CY - Maryland, Vereinigte Staaten AN - OPUS4-48936 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bulling, Jannis A1 - Gravenkamp, H. A1 - Birk, C. T1 - A high-order finite element technique with automatic treatment of stress singularities by semi-analytical enrichment JF - Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering N2 - This paper presents an approach to the automatic enrichment of finite elements in the vicinity of a stress singularity. The enrichment consists of semi-analytical singular modes constructed using the Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM). In contrast to analytical methods, the SBFEM provides modes for inhomogeneous and anisotropic materials without additional effort. The finite element basis can be of arbitrary order and remains unaltered by the enrichment. The approach requires enrichment in only one layer of elements around a node. Due to the compatibility of SBFEM with FEM, there is no Need for transitional elements, and there are no parasitic terms. The approach is tested for several benchmark problems. The stress intensity factors are computed based on techniques inspired by the SBFEM. The proposed procedure is compared to a Standard finite element implementation and shows a significant improvement in the error of the displacement field for problems involving singular stresses. KW - Enriched finite element method KW - Scaled boundary finite element method KW - Stress intensity factors KW - Singular stress PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.cma.2019.06.025 VL - 355 SP - 135 EP - 156 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-48979 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens T1 - Fantastic guided modes and how to find them N2 - Ultrasonic guided waves (UGW) have been shown to be suitable for non-destructive testing (NDT) and structural health monitoring (SHM) of many engineering structures. Development of a technique based on UGWs requires careful understanding obtained through modelling and analysis of wave propagation and mode-damage interaction due to their dispersion and multimodal character. This presentation will provide insights into the Scaled Boundary Finite Element Method and its applicability for tackling wave propagation problems. Features and limitations of the SBFEM will be presented on an example of a multi-layered plate structure consisting of isotropic and anisotropic materials bonded together. You will be guided through the process of picking up the wave modes for your application. Starting from the calculation of dispersion curves and mode shapes to the analysis of wave propagation and mode-damage interaction. The main highlight of the presentation lies in the ability to detect damage in a certain layer depending on the mode used. The resulting deeper understanding of the wave propagation in multi-layered structures is the key to further developments of NDT and SHM for engineering structures consisting of multiple layers. T2 - Von CEA Eingeladener Vortrag CY - Saclay, France DA - 07.06.2019 KW - Structural Health Monitoring KW - Pressure tanks KW - Hydrogen storage KW - Natural gas KW - Composites KW - Scaled Boundary Finite Element Method PY - 2019 AN - OPUS4-48375 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bulletti, A. A1 - Capineri, L. A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Prager, Jens T1 - Charachterization of piezopolymer interdigital transducer's vibrational modes N2 - Lamb waves are widely used for monitoring the health of structures made of laminated materials (metals, composites). Piezoelectric ultrasonic transducers transmit and receive acoustic guided waves that interact with the elastic properties and the defects of the material under test. In recent years, DINFO developed piezopolymer Interdigital Transducers (IDTs) proven to be suitable to build SHM systems for aerospace applications. Their base material is a Cr/Au-coated PVDF-TrFE copolymer sheet, having a thickness of 100μm and a metallization of 0.1μm on both sides. IDTs are attractive for SHM systems for their capability to select specific Lamb wave modes when designed with appropriate electrode pattern. For a reliable application, it is crucial to characterize the in-plane and out-of-plane displacement of the transducer and to correlate the ultrasonic propagating signal with the Lamb waves dispersion curves in laminates. For example, for a 2 mm aluminum plate A0 mode has dominant out-of-plane displacement, whereas S0 mode has dominant in-plane displacement at the plate's surface. In collaboration with BAM the characterization of free vibrational modes using a 3D laser doppler vibrometer was performed. The analysis in the frequency domain was performed using the following parameters: a chirp excitation with frequencies 50-500 kHz and 0.5-1 MHz with 195 Hz and 390 Hz frequency resolution respectively at 100 Vpp for a total of 90 averaged measurements per point. Also propagating modes were characterized by bonding the IDT on a 2 mm aluminum plate and analyzing the in-plane and the out-of-plane components. A0-mode was successfully excited having the main lobe aligned with the main axis of the IDT, confirming the dominant presence of this propagating mode. The results could be used as a basis for design and optimization of the IDTs in terms of directivity and mode selection, and to facilitate interpretation of the ultrasonic guided waves propagating in laminated structures. T2 - 51th Annual Meeting of the Associazione Societa Italiana Di Elettronica CY - Rome, Italy DA - 26.06.2019 KW - Structural Health Monitoring KW - Interdigital Transducer KW - PVDF KW - Ultrasonic guided waves KW - Lamb waves PY - 2019 AN - OPUS4-48382 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Prager, Jens A1 - Schubert, Lars A1 - Tschöke, Kilian T1 - Fehlerwechselwirkung in Verbundwerkstoffen mit Geführten Wellen N2 - Der praktische Einsatz von SHM-Verfahren mit geführten Ultraschallwellen basiert auf einem fundierten Verständnis der speziellen physikalischen Zusammenhänge der Wellenausbreitung. Das umfasst nicht nur das multimodale Verhalten, welches von den Dispersionsdiagrammen repräsentiert wird, sondern auch die Vorhersage der Interaktion zwischen verschiedenen Wellenmoden und den zu erwartenden Fehlstellen. Ziel des Workshops ist es, das Verständnis der Ausbreitung geführter Wellen zu verbessern und die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten, die sich aus der multimodalen Wellenausbreitung ergeben, an praktischen Beispielen zu demonstrieren. Die vorgestellten Szenarien beschränken sich dabei nicht nur auf eine Anregung grundlegender Dehnungs- und Biegewellen, sondern beziehen auch geführte Wellenmoden höherer Ordnung zur Verbesserung der Aussagekraft des Prüfergebnisses mit ein. Nach einer theoretischen Einführung werden ausgewählte Demonstratoren, vorrangig mit Bezug zum Automobilbau, vorgestellt. Diese schließen Fragestellungen der Integration der Sensorik in gekrümmte Faserverbundbauteile ebenso mit ein, wie die Überwachung von Metall-Faserverbund-Komposit-Materialien, die in Drucktanks zum Einsatz kommen. T2 - 3. Anwenderseminar Zustandsüberwachung mit geführten Wellen CY - Karlsruhe, Germany DA - 27.03.2019 KW - Wasserstoffspeicher KW - Geführte Ultraschallwellen KW - Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff KW - Faserverbundwerkstoff PY - 2019 AN - OPUS4-48383 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Mesnil, Olivier A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens A1 - Boller, Christian T1 - Erstellung von Wellenzahlkarten zur Schadensquantifizierung auf Basis von geführten Ultraschallwellen N2 - Die Verwendung von Verbundwerkstoffen ist nicht nur mit den Vorteilen einer Gewichtsreduzierung und einer verbesserten strukturellen Leistung verbunden, sondern auch mit der Gefahr von kaum sichtbaren Impakt- oder Herstellungsschäden. Eine der vielversprechenden Methoden zur Erkennung und Charakterisierung solcher Schäden basiert auf der Ausbreitung und Analyse geführter Ultraschallwellen. Der multimodale und dispersive Charakter dieser Wellen erschweren jedoch die Analyse. Verschiedene Signalverarbeitungsmethoden wurden vorgeschlagen, um die Interpretation von Signalen und die Extraktion der notwendigen Informationen über den Schaden zu erleichtern. Eine davon ist die Erstellung einer Wellenzahlkarte. Die Wellenzahlkarte erlaubt es jeden Punkt in einer hochaufgelöste Wellenfeldaufnahme eine Wellenzahl zuzuordnen. Diese Methode ermöglicht sowohl die Quantifizierung der Größe als auch der Tiefe des Schadens. In diesem Beitrag wird diese Bildgebungsmethode auf delaminierte Aluminium-CFK-Verbundstrukturen angewendet. Solche Strukturen entsprechen den umwickelten Druckbehältern, die zur Speicherung von Gasen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie verwendet werden. Zunächst werden die numerischen Untersuchungen zur einfachen Delamination in unterschiedlicher Tiefe vorgestellt. Als nächstes wird die Analyse von experimentellen Ergebnissen von einer geschädigten Aluminium-CFK-Platte präsentiert. Das Ergebnis der Bildgebung ist eine dreidimensionale Darstellung, die sowohl die Größe als auch die Tiefe des Impakt-Schadens liefert. T2 - Doktorandenseminar "Geführte Wellen" CY - Delbrück, Germany DA - 21.10.2019 KW - Schaden Quantifizierung KW - Faserverbundwerkstoffe KW - Geführte Wellen KW - Ultraschall KW - Impakt-Schaden PY - 2019 AN - OPUS4-49392 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Bulling, Jannis A1 - Boller, Christian A1 - Prager, Jens T1 - Analysis of Guided Wave Propagation in a Multi-Layered Structure in View of Structural Health Monitoring JF - Applied Sciences N2 - Guided waves (GW) are of great interest for non-destructive testing (NDT) and structural health monitoring (SHM) of engineering structures such as for oil and gas pipelines, rails, aircraft components, adhesive bonds and possibly much more. Development of a technique based on GWs requires careful understanding obtained through modelling and analysis of wave propagation and mode-damage interaction due to the dispersion and multimodal character of GWs. The Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) is a suitable numerical approach for this purpose allowing calculation of dispersion curves, mode shapes and GW propagation analysis. In this article, the SBFEM is used to analyse wave propagation in a plate consisting of an isotropic aluminium layer bonded as a hybrid to an anisotropic carbon fibre reinforced plastics layer. This hybrid Composite corresponds to one of those considered in a Type III composite pressure vessel used for storing gases, e.g., hydrogen in automotive and aerospace applications. The results show that most of the wave energy can be concentrated in a certain layer depending on the mode used, and by that damage present in this layer can be detected. The results obtained help to understand the wave propagation in multi-layered structures and are important for further development of NDT and SHM for Engineering structures consisting of multiple layers. KW - Lamb waves KW - Composite KW - Ultrasonic Testing KW - Numerical Modelling KW - Pressure Vessels PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-494385 DO - https://doi.org/10.3390/app9214600 VL - 9 IS - 21 SP - 4600 PB - MDPI CY - 4052 Basel, Switzerland AN - OPUS4-49438 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Wack, Y. A1 - Mook, G. T1 - Simulation of an instrumented ultrasonic test run with a rail inspection train T2 - 46th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation N2 - Rail inspection performed by ultrasonic rail inspection trains is a complex and challenging process. A large number of variables and parameters given by the environment, the track and the testing-system have an influence on the overall performance of the inspection and the inspection result. Typically the parameter vary in a combination depending on the track condition. To evaluate the individual influence of each relevant variable, simulation tools can be used. Therefore the entire inspection process has to be transferred into a model using combined modelling techniques. The goal of this work is to model an instrumented ultrasonic test run with a rail inspection train with the parameters varied by a script over a virtually driven distance. T2 - 46th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation- QNDE 2019 CY - Portland, OR, USA DA - 14.07.2019 KW - Ultrasound KW - Rail inspection KW - Modelling KW - Simulation PY - 2019 VL - 2019 SP - 1 EP - 3 AN - OPUS4-49839 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Bente, Klaas A1 - Hufschläger, Daniel T1 - Air-coupled ultrasonic sensors N2 - We present an overview of air-coupled ultrasonic transducers. T2 - Workshop BAM-IWF CY - Berlin, Germany DA - 25.11.2019 KW - Air-coupled transducers KW - Ferroelectret KW - Thermoacoustics KW - Plasma PY - 2019 AN - OPUS4-49806 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Boehm, Rainer T1 - Phased Array und Imaging, zwei raumzeitliche Interferenzverfahren N2 - Phased-Array-Technik und Bildgebung mit Ultraschallwellen sind nach langer Entwicklungszeit inzwischen auf dem Weg zu allgemeiner Verbreitung. Daher bietet sich an, die verschiedenen Techniken und deren Begriffe wie z.B. Phased-Array, SAFT, TFM, FMC und Sparse-Array zusammenfassend in Beziehung zu setzen. All diesen Techniken liegt dieselbe Idee zu Grunde, nämlich durch gezielte Überlagerung von Ultraschallsignalen den gewünschten Effekt zu erreichen. Die verschiedenen Techniken werden kurz charakterisiert und neben den Unterschieden wird beschreiben, auf welche Weise bei all diesen Techniken das Phänomen der konstruktiven Interferenz jeweils genutzt wird. T2 - Ultraschall-Array-Technologien und ihre Anwendungen, Seminar des FA Ultraschallprüfung der DGZfP CY - Berlin, Germany DA - 04.11.2019 KW - Phased Array KW - Imaging KW - Synthetic Aperture Focusing Technique KW - Total Focusing Methode KW - Full Matrix Capture PY - 2019 UR - https://www.dgzfp.de/seminar/ultraschall# AN - OPUS4-49791 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bulling, Jannis A1 - Gravenkamp, H. T1 - Comparison of different models for stress singularities in higher order finite element methods for elastic waves JF - PAMM - Publikationen der Proceedings der GAMM-Jahrestagungen N2 - In this contribution, we present three models to capture singularities in combination with the Spectral Element Method. The first model, the continued-fraction-based Scaled Boundary Finite Element Method, the second model, a new approach based on enrichment with static modes, and the third model, which uses an hp-refinement near the singularity, are compared among each other and evaluated in terms of their respective efficiency and accuracy. T2 - GAMM 2019 CY - Wien, Austria DA - 18.02.2019 KW - Enriched finite element method KW - Scaled boundary finite element method PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1002/pamm.201900095 VL - 19 IS - 1 SP - 1 EP - 2 PB - Wiley-VHC AN - OPUS4-49794 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bulling, Jannis T1 - Simulation von Wechselwirkungen von geführten Wellen mit Fehlstellen N2 - In der Zerstörungsfreien Prüfung und der Zustandsüberwachung sind geführte Wellen von großem Interesse, um Fehlstellen zu finden und zu charakterisieren. Die Interaktion der Wellen mit den Fehlstellen kann dabei aufgrund ihrer Komplexität häufig nicht analytisch beschrieben werden. Dies macht numerische Programme neben Experimenten unabdingbar. Aufgrund der kleinen Wellenlänge im Verhältnis zur Bauteilgröße ist jedoch eine effiziente Simulation noch immer Teil der aktiven Forschung. Um die Effizienz der Simulationsalgorithmen zu steigern, ist es möglich, analytische Annahmen in die Finite Elemente Methode (FEM) zu integrieren. Beispiele für solche Methoden sind die Scaled Boundary Finite Element Method als ein semi-analytisches Verfahren und eXtended Finite Element Method. Diese beiden Möglichkeiten erlauben es, die Wechselwirkungen effizient zu simulieren. In diesem Beitrag werden verschiedene Wechselwirkungen und Auswertungsmöglichkeiten von geführten Wellen mit Fehlstellen vorgestellt. Hierbei liegt der Fokus auf linearen und nicht-linearen Effekten. Zunächst wird auf Modenkonversion eingegangen und der Frage nachgegangen, ob diese ausreicht, um einen Riss zu charakterisieren. Diese Untersuchungen motivieren dann ein inverses Verfahren, mit dem einige Parameter eines simulierten Risses in einer Folge von Simulationen wieder rekonstruiert werden. Ein zweiter Teil beschäftigt sich mit nicht-linearen Risseffekten. Diese Risseffekte erzeugen im allgemeinen höhere harmonische Wellen. Hier werden Ergebnisse und Filtermethoden zur Auswertung vorgestellt. T2 - Doktorandenseminar "Geführte Wellen" CY - Delbrück, Germany DA - 21.10.2019 KW - Singular stress KW - Enriched finite element method KW - Scaled boundary finite element method; Stress intensity factors PY - 2019 AN - OPUS4-49798 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Mesnil, Olivier A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens A1 - Boller, Christian T1 - Damage Quantification in Aluminium-CFRP Composite Structures using Guided Wave Wavenumber Mapping N2 - The use of composite materials is associated not only with the advantages of weight reduction and improved structural performance but also with the risk of barely visible impacts or manufacturing damages. One of the promising techniques for the detection and characterisation of such damages is based on ultrasonic guided wave propagation and analysis. However, the multimodal nature and dispersive behaviour of these waves make their analysis difficult. Various signal processing techniques have been proposed for easier interpretation of guided wave signals and extraction of the necessary information about the damage. One of them is the wavenumber mapping which consists of creating a cartography of the wavenumber of a propagating mode over an inspected area, using a dense wavefield acquisition measured for example with a scanning laser Doppler vibrometer. This technique allows both the quantification of the in-plane size and the depth of damage, for example, impact-induced delamination in composite laminates. In this contribution, wavenumber mapping is applied to a delaminated aluminium-CFRP composite structure which corresponds to composite-overwrapped pressure vessels used for storing gases in aerospace and automotive industries. The analysis of experimental data obtained from measurements of guided waves propagating in an aluminium-CFRP composite plate with impact-induced damage is performed. The output of the imaging is a three-dimensional representation of the delamination induced by the impact. Good agreement between conventional ultrasonic testing and guided wave damage mapping can be found. T2 - 11th International Symposium on NDT in Aerospace CY - Paris Saclay, France DA - 13.11.2019 KW - Damage assessment KW - Lamb waves KW - Multilayered structures KW - Wavefield analysis KW - Impact damage PY - 2019 AN - OPUS4-49662 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Mesnil, Olivier A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens A1 - Boller, C. T1 - Damage Quantification in Aluminium-CFRP Composite Structures using Guided Wave Wavenumber Mapping T2 - Proceedings of the 11th International Symposium on NDT in Aerospace N2 - The use of composite materials is associated not only with the advantages of weight reduction and improved structural performance but also with the risk of barely visible impacts or manufacturing damages. One of the promising techniques for the detection and characterisation of such damages is based on ultrasonic guided wave propagation and analysis. However, the multimodal nature and dispersive behaviour of these waves make their analysis difficult. Various signal processing techniques have been proposed for easier interpretation of guided wave signals and extraction of the necessary information about the damage. One of them is the wavenumber mapping which consists of creating a cartography of the wavenumber of a propagating mode over an inspected area, using a dense wavefield acquisition measured for example with a scanning laser Doppler vibrometer. This technique allows both the quantification of the in-plane size and the depth of damage, for example, impact-induced delamination in composite laminates. In this contribution, wavenumber mapping is applied to a delaminated aluminium-CFRP composite structure which corresponds to composite-overwrapped pressure vessels used for storing gases in aerospace and automotive industries. The analysis of experimental data obtained from measurements of guided waves propagating in an aluminium-CFRP composite plate with impact-induced damage is performed. The output of the imaging is a three-dimensional representation of the delamination induced by the impact. Good agreement between conventional ultrasonic testing and guided wave damage mapping can be found. T2 - 11th International Symposium on NDT in Aerospace CY - Paris Saclay, France DA - 13.11.2019 KW - Damage assessment KW - Lamb waves KW - Multilayered structures KW - Wavefield analysis KW - Impact damage PY - 2019 SP - 33 AN - OPUS4-49663 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Bertovic, Marija A1 - Rosenthal, Martina A1 - Pavlovic, M. A1 - Bartsch, L. A1 - Muhs, V. A1 - Holstein, R. T1 - Zuverlässigkeitsbetrachtungen bei der Ultraschallprüfung von Radsatzwellen im Ausbildungsbetrieb T2 - Tagungsband DGZfP DACH 2019 N2 - Im Rahmen der UT1-M1 Ausbildung im Ausbildungszentrum Wittenberge der DGZfP wurden statistische Untersuchungen am Beispiel der Radsatzwellenprüfung mit Testradsatzwellen durchgeführt. Diese Untersuchungen hatten zum Ziel, die wesentlichen Einflussparameter bei der Prüfung auf das Prüfergebnis zu evaluieren. Dabei wurde unter anderem die intrinsische Fähigkeit des Prüfverfahrens zum Auffinden verschiedener Reflektorgeometrien ermittelt. Die Ergebnisse der Handprüfung wurden mit Ergebnissen mechanisierter Prüfungen verglichen. Im Rahmen der Zuverlässigkeitsbetrachtung wurden die Probability of Detection (POD) und die Nachweisgrenzen ermittelt. Ziel dieser Arbeit war es auch, menschliche und organisatorische Einflussfaktoren auf die Ultraschall-Handprüfung von Radsatzwellen zu identifizieren, um Empfehlungen zur Optimierung der Ausbildung auszuarbeiten. Dazu wurden prüfungsbezogene Risiken in der Praxis mittels Fehlzustandsart- und –auswirkungsanalyse (FMEA) analysiert sowie von den Prüfern empfundene Probleme während der Ausbildung und in der Praxis mittels Fragebogen identifiziert. Die Ergebnisse der FMEA haben gezeigt, dass während des gesamten Prozesses Fehler auftreten können, für die Gegenmaßnahmen getroffen und implementiert werden sollten. Aus den Hinweisen und Erkenntnissen wurden einige Empfehlungen zur Optimierung der Ausbildung erarbeitet. T2 - DGZfP DACH Tagung 2019 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Zuverlässigkeit KW - Wellenprüfung KW - Ultraschall PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-496783 VL - 2019 SP - 1 EP - 11 AN - OPUS4-49678 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Berthold, J. A1 - Vrana, J. A1 - Heckel, Thomas A1 - Kanzler, D. A1 - Jatzlau, P. A1 - Große, C. T1 - Modellgestützte Bestimmung der Auffindwahrscheinlichkeit (POD) von Reflektoren bei der Ultraschallprüfung großer Schmiedeteile JF - The e-journal of nondestructive testing & ultrasonics N2 - Bruchmechanische Untersuchungen werden zur Vorhersage der Lebensdauer und der Wartungszyklen benutzt. Dabei wird davon ausgegangen, dass auch Objekte ohne detektierte Anzeigen Materialfehler mit einer Reflektivität kleiner der Nachweisgrenze aufweisen können. Keine detektierte Anzeige bedeutet daher für Bauteilauslegung, dass sie eine konservative Annahme machen müssen: es wird angenommen, dass das Bauteil Materialfehler in Größe der Nachweisgrenze enthält. Dies macht die Nachweisgrenze zu dem die Lebensdauer limitierenden Faktor. Bei probabilistischen Methoden wird zusätzliches Wissen, wie Zuverlässigkeit und Fehlerauffindwahrscheinlichkeiten bei der zerstörungsfreien Prüfung mit in die Berechnung einbezogen, um zu konservative Annahmen zu vermeiden. Ziel ist es eine Model-Assisted-POD aufzubauen mit der die reale volumetrische Ultraschallprüfung großer Schmiedeteile nachgebildet werden kann. Die resultierende POD soll im Weiteren in bruchmechanischen Betrachtungen Verwendung finden. In vorangegangenen Arbeiten [Preißel2015] wurde dazu der Einfluss des Prüfrasters nach der DGZfP-Richtlinie US 07:2014 auf die Fehlerauffindwahrscheinlichkeit (parametrisch) simulativ betrachtet und die Simulationstechnik experimentell validiert. In diesem Paper werden die Ergebnisse von Preißel überprüft und um eine Prüfraster-Summen-POD, die das Szenario der realen Bauteilprüfung beschreibt, erweitert. Zudem wird eine experimentell validierte, simulative, nicht-parametrische POD für schrägliegende Defekte aufgebaut. Schließlich werden erste Untersuchungen zur Defektmorphologie vorgestellt. Diese Arbeit ist im Rahmen eines Studenten-Stipendiums der DGZfP entstanden. T2 - DGZfP DACH Tagung 2019 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Schmiedeteile KW - POD KW - Ultraschall KW - Zerstörungsfreie Prüfung PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-496796 UR - http://www.ndt.net/?id=24529 VL - 24 IS - 8 SP - 1 EP - 12 PB - NDT.net CY - Kirchwald AN - OPUS4-49679 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Boehm, Rainer A1 - Mook, G. T1 - Ultrasonic rail inspection with array probes T2 - Railway Engineering 2019 N2 - For more than 60 years ultrasonic rail inspection is used as non-destructive testing method to ensure the safe operation of rail tracks. Constantly increasing traffic density and heavy loads have been the motor for the development of new test equipment from handheld devices to rail inspection trains. (Krull 2003)Up to the present most of the system solutions feature conventional ultrasonic transducers housed in wheel-type and slide-type probes. Different tasks have to be carried out during an in-service inspection for flaws in the rail head, rail web and rail foot as well as rolling contact fatigue (Heckel 2018). The more tasks the inspection system has to perform, the more probes are needed. Compared against standard ultrasonic testing methods the application of array probes offers advantages and flexibility by the electronic steering possibilities to control the transmitted and received sound fields. This allows to increase functionality by software while decreasing the number of probes needed in hardware in parallel. One drawback in application of phased array probes is that the repetition frequency of the subsequent measurements will be reduced by the number of virtual probe functions each phased array probe has to perform. This may limit the range of use for phased array probes in high speed applications. To overcome these limits special designs for array probes and signal processing are necessary. T2 - Railway Engineering 2019 CY - Edinburgh, UK DA - 03.07.2019 KW - High speed KW - Ultrasound KW - Rail inspection KW - Phased array probes PY - 2019 VL - 2019 SP - 1 EP - 3 AN - OPUS4-49680 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Boehm, Rainer A1 - Mook, G. T1 - Ultrasonic Rail inspection with array Probes N2 - For more than 60 years ultrasonic rail inspection is used as non-destructive testing method to ensure the safe operation of rail tracks. Constantly increasing traffic density and heavy loads have been the motor for the development of new test equipment from handheld devices to rail inspection trains. (Krull 2003)Up to the present most of the system solutions feature conventional ultrasonic transducers housed in wheel-type and slide-type probes. Different tasks have to be carried out during an in-service inspection for flaws in the rail head, rail web and rail foot as well as rolling contact fatigue (Heckel 2018). The more tasks the inspection system has to perform, the more probes are needed. Compared against standard ultrasonic testing methods the application of array probes offers advantages and flexibility by the electronic steering possibilities to control the transmitted and received sound fields. This allows to increase functionality by software while decreasing the number of probes needed in hardware in parallel. One drawback in application of phased array probes is that the repetition frequency of the subsequent measurements will be reduced by the number of virtual probe functions each phased array probe has to perform. This may limit the range of use for phased array probes in high speed applications. To overcome these limits special designs for array probes and signal processing are necessary. T2 - Railway Engineering 2019 CY - Edinburgh, UK DA - 03.07.2019 KW - High speed KW - Ultrasound KW - Rail inspection KW - Phased array probes PY - 2019 AN - OPUS4-49681 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wasmer, Paul A1 - Bulling, Jannis A1 - Gravenkamp, H. A1 - Prager, Jens T1 - Acoustic-structure interaction in the Scaled Boundary Finite Element Method for primsatic geometries T2 - 8th GACM Colloquium on Computational Mechanics for Young Scientist from Academia and Industry - Proceedings N2 - Due to the short wavelength compared to the dimensions of the structure, the simulation of ultrasonic waves is still a challenging task. A numerical method well suited for this purpose is the semi-analytical Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM). When applying this method, only the boundary of a computational domain is discretized using finite elements, while the interior is described by an analytical ansatz. Hence, the number of degrees of freedom is reduced significantly compared to the classical Finite Element Method (FEM). In recent years, a particular formulation of the SBFEM for the simulation of ultrasonic guided waves was developed. The method constitutes an efficient algorithm for prismatic structures of arbitrary length, such as plates, pipes, or beams. Wave propagation phenomena in such structures can be modeled for isotropic and anisotropic inhomogeneous waveguides. Even though the method is an efficient tool for the simulation of guided waves in solid media, a reliable model for the simulation of acoustic wave propagation in fluids as well as acoustic-structure interaction in terms of SBFEM is still missing. In principle, the fluid can be described by a displacement-based formulation and thus be implemented in existing SBFEM algorithms for solid bodies. However, due to the discretization with classical finite elements, spurious modes occur, which cannot be separated from the physical modes straightforwardly. The spurious modes can be suppressed using a penalty parameter. Although very accurate results were achieved for some problems, this procedure has been proven unreliable for certain cases. For this reason, we propose a different approach in this contribution. We employ a pressure model to simulate the acoustic behavior of fluids. The implementation of the pressure model results in a higher effort due to the necessity of incorporating coupling terms, but it presents a stable alternative without spurious modes. The accuracy of the method is demonstrated in comparison with analytical solutions and results obtained using the FEM. T2 - GACM 2019 CY - Kassel, Germany DA - 28.08.2019 KW - Scaled Boundary Finite Element Method KW - Guided Waves KW - Ultrasound KW - Acoustic-Structure Interaction PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-497364 UR - https://www.upress.uni-kassel.de/katalog/abstract.php?978-3-7376-5093-9 SN - 978-3-86219-5093-9 DO - https://doi.org/10.19211/KUP9783737650939 SP - 347 EP - 350 AN - OPUS4-49736 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Wack, Yannick A1 - Mook, G. T1 - Simulation von mechanisierten Eisenbahnschienenprüfungen mit Ultraschall N2 - Bei der mechanisierten Prüfung von verlegten Eisenbahnschienen mit Schienenprüfzügen werden große Prüfdatenmengen mit einer komplexen Prüfkopfanordnung in kurzer Zeit bei hohen Prüfgeschwindigkeiten aufgenommen. Der Typ und der Zustand des Gleises kann während der Prüfung in schnellem Wechsel streckenabhängig variieren, z.B. unterschiedliche Schienentypen oder Abnutzung sowie beim Durchfahren von Weichenstraßen. Der logistische Aufwand diese Prüfung insgesamt durchzuführen ist dabei sehr hoch und eine Wiederholung der Prüfung in einem kurzen Zeitintervall nicht möglich. Es werden während der Prüfdatenaufnahme bereits Datenreduktionsverfahren, Rekonstruktionsverfahren und Online-Parametervariationen eingesetzt, um die Ergebnisdaten zum einen in Ihrer Menge zu begrenzen zum anderen auf die lokalen Geometrie- und Zustandsänderungen des Prüfobjektes Schiene zu reagieren. Im Regelwerk EN 16729-1 „Zerstörungsfreie Prüfung an Schienen im Gleis -Teil 1: Anforderungen an Ultraschallprüfungen und Bewertungsgrundlagen“ werden Bezugsreflektoren definiert, um die Leistung automatisierter Ultraschallsysteme für die Schienenprüfung zu verifizieren. Um die Einflüsse der komplexen Randbedingungen der mechanisierten Schienenprüfung auf das Prüfergebnis evaluieren zu können, wurde ein Softwarewerkzeug erarbeitet, mit dem eine Prüffahrt auf einer Schiene simuliert werden kann. Basierend auf der Datenaufnahme mit dem Glassy-Rail-Diagramm können alle relevanten Prüfparameter und Artefakte in Schienen sowie Störeinflüsse bei der Simulation berücksichtigt werden. T2 - DGZfP DACH Tagung 2019 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Eisenbahnschienen KW - Simulation KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Ultraschall PY - 2019 AN - OPUS4-49682 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Bertovic, Marija A1 - Rosenthal, Martina A1 - Pavlovic, M. A1 - Bartsch, L. A1 - Muhs, V. A1 - Holstein, R. T1 - Zuverlässigkeitsbetrachtungen bei der Ultraschallprüfung von Radsatzwellen im Ausbildungsbetrieb N2 - Im Rahmen des UT1 E W im Ausbildungszentrum Wittenberge der DGZfPwurden statistische Untersuchungen am Beispiel der Radsatzwellenprüfung mit Testradsatzwellen durchgeführt. Diese Untersuchungen hatten zum Ziel, die wesentlichen Einflussparameter bei der Handprüfung auf das Prüfergebnis zu evaluieren. Im Rahmen der Zuverlässigkeitsbetrachtung wurden die ProbabilityofDetection(POD) und die Nachweisgrenzen ermittelt.Die durchgeführte Studie zeigt, dass die Bewertung der gesamten Zuverlässigkeit der ZfP komplex ist. Dieses verlangt eine detaillierte Versuchsplanung und die Einbeziehung von unterschiedlichen Faktoren, von den Anwendungsparametern bis hin zu den komplexen menschlichen und organisatorischen Faktoren. Die im Rahmen der Studie ermittelten Ergebnisse lassen aufgrund der geringen Anzahl an Testreflektoren keine allgemeingültige Übertragung auf beliebige Korbbogen-geometrienund Reflektorgeometrienzu. T2 - DGZfP DACH Tagung 2019 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 27.05.2019 KW - Ausbildung KW - Wellenprüfung KW - Ultraschall KW - Zuverlässigkeit KW - POD PY - 2019 AN - OPUS4-49683 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Wack, Yannick A1 - Mook, G. T1 - Simulation of an instrumented ultrasonic test run with a rail inspection train N2 - Rail inspection performed by ultrasonic rail inspection trains is a complex and challenging process. A large number of variables and parameters given by the environment, the track and the testing-system have an influence on the overall performance of the inspection and the inspection result. Typically the parameter vary in a combination depending on the track condition. To evaluate the individual influence of each relevant variable, simulation tools can be used. Therefore the entire inspection process has to be transferred into a model using combined modelling techniques. The goal of this work is to model an instrumented ultrasonic test run with a rail inspection train with the parameters varied by a script over a virtually driven distance. T2 - 46th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation- QNDE 2019 CY - Portland, OR, USA DA - 14.07.2019 KW - Simulation KW - Ultrasound KW - Rail inspection KW - Modelling PY - 2019 AN - OPUS4-49684 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas T1 - Akustische und elektromagnetische Prüfverfahren für verlegte Eisenbahnschienen N2 - In diesem Vortrag werden die aktuellen Techniken für die angewandte mechanisierte Schienenprüfung dargestellt und Perspektiven für die Zukunft der handgeführten und fahrzeuggeführten Prüftechnik aufgezeigt. Insbesondere wird hier die bildhafte Darstellung, der zusätzliche Nutzen von Arraysensoren sowie die Möglichkeiten der Simulation von Schienenfehlern vorgestellt. T2 - ZfP-Prüfertag 2019 im RB Südost CY - Halle, Germany DA - 13.11.2019 KW - Arraysensoren KW - Mechanisierte Schienenprüfung KW - Ultraschall KW - Wirbelstrom KW - Simulation PY - 2019 AN - OPUS4-49687 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Heckel, Thomas A1 - Boehm, Rainer T1 - TFM und FMC für die bildgebende Ultraschallprüfung mit Arrays N2 - Im Rahmen des Vortrages wird das Verfahren zur Total Focussing Methode (TFM) auf Basis des Full Matrix Captures (FMC) für Ultraschallarrayprüfköpfe erläutert und die Möglichkeiten der Anwendung für die Prüfung von Gussteilen diskutiert. Der Stand der Normung im Bereich Guss wird diskutiert. T2 - Sitzung des Fachausschusses Eisenguss des BDG CY - Berlin, Germany DA - 12.09.2019 KW - Standardisierung KW - Array KW - Ultraschall KW - TFM KW - MFC KW - Guss PY - 2019 AN - OPUS4-49688 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pelkner, Matthias A1 - Ehlers, Henrik T1 - Electromagnetic testing for additive manufacturing N2 - With rising popularity and availability of additive manufacturing (AM), companies mainly in the aerospace sector, set high requirements on quality control of AM parts, especially produced with selective laser melting (SLM). Since it was shown that those parts are prawn to flaws like pores or cracks, every part needs to be tested. Therefore, NDT Methods, like eddy current testing (ET), could help to characterize SLM parts. Research on ET has shown, that offline ET with high spatial resolution MR (magneto resistive) sensor arrays is possible and that flaws as small as 50 µm could be detected while significantly reducing testing time. A first approach on automated online ET method for testing SLM parts is proposed in this contribution. T2 - IIW 2019 CY - Bratislava, Slovakia DA - 08.07.2019 KW - Additive manufacturing KW - Giant magneto resistance KW - Online monitoring KW - Eddy current testing PY - 2019 AN - OPUS4-50244 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Pelkner, Matthias A1 - Ehlers, Henrik A1 - Pohl, Rainer A1 - Thewes, R. T1 - Hochauflösende Wirbelstromprüfung in der additiven Fertigung N2 - In den letzten Jahren wurden enorme Fortschritte bei der additiven Fertigung erzielt. So sind heutzutage industrielle Kleinserienfertigungen mit den 3D-Druckverfahren wirtschaftlich und konkurrenzfähig. Allerdings ist der Einsatz in Bezug auf sicherheitsrelevante Komponenten noch nicht vollumfänglich möglich. Grund hierfür sind die Materialeigenschaften 3D-gedruckter Komponenten, welche sich von den Eigenschaften konventionell gefertigter Materialien unterscheiden (Variationen im Gefüge, der Härte usw.). Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems ist der Einsatz geeigneter online-Prüfverfahren zur Qualitätssicherung. Diese befinden sich –abgesehen von kamerabasierten Verfahren– aber noch im Entwicklungsstadium. Bei metallischen Werkstoffen stellt die Wirbelstromprüfung ein geeignetes Verfahren zur lagenweisen Online-Überprüfung des Fertigungsprozesses dar. Der Beitrag gibt einen Überblick über die derzeitige Patentlage sowie den Stand der Forschung zum Einsatz der Wirbelstromprüfung beim 3D-Druck metallischer Komponenten. Am Beispiel des pulverbasierten SLM-Verfahrens (selective laser melting; selektives Laserschmelzen) werden zudem Arbeiten der BAM und erste Ergebnisse einer angepassten Wirbelstromtechnik unter Verwendung von GMR-Sensoren (giant magneto resistance) vorgestellt. Hier wird das Ziel verfolgt, hochauflösend kleinste Fehler und Poren (im Bereich ≈100 µm) in der Oberfläche zu detektieren und durch lagenweises Abrastern einen 3D-Datensatz für die Qualitätskontrolle zu erstellen. Schließlich soll das System in der Lage sein, aktiv in den Fertigungsprozess einzugreifen, wodurch entweder die Produktion fehlerhafter Bauteile gestoppt wird oder durch geeignete Maßnahmen Fehler ausgeheilt werden. T2 - Wirbelstromprüfung – Aktuelle Anwendungen und Entwicklungen CY - Celle, Germany DA - 10.09.2019 KW - Additive Fertigung KW - Wirbelstromprüfung KW - Onlinemonitoring KW - Riesenmagnetwiderstand KW - GMR PY - 2019 AN - OPUS4-50245 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Kotschate, Daniel A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Hansen, L. A1 - Kersten, H. T1 - Neue Entwicklungen im Bereich der luftgekoppelten Ultraschallprüfung N2 - Es wird über Ferroelektret-Wandler, thermoakustische Wandler und Plasma-Wandler für luftgekoppelte Ultraschallprüfung berichtet. T2 - Sitzung des Arbeitskreises Berlin der DGZfP CY - Berlin, Germany DA - 12.02.2019 KW - Luftultraschall KW - Ferroelektret KW - Thermoakustik KW - Plasma PY - 2019 AN - OPUS4-47375 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Heckel, Thomas T1 - Ultraschallprüfung in der BAM (Fachbereich 8.4 - Zerstörungsfreie Prüfung - Akustische und elektromagnetische Verfahren) N2 - Vorstellung des Fachbereichs 8.4 mit dem Schwerpunkt Ultraschallprüfung. T2 - Sitzung des DFG-Schwerpunktprogramms Zyklische Schädigungsprozesse in Hochleistungsbetonen im Experimental-Virtual-Lab2020 CY - Berlin, Germany DA - 6.2.2019 KW - Luftultraschall KW - Ultraschall KW - Phased Array KW - Simulation KW - Wirbelstrom KW - Magnetfeldsensoren PY - 2019 AN - OPUS4-47376 LA - deu 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 JF - Technisches Messen 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 DO - 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 - Delbeck, S. A1 - Vahlsing, Thorsten A1 - Leonhardt, S. A1 - Steiner, G. A1 - Heise, H.M. T1 - Non-invasive monitoring of blood glucose using optical methods for skin spectroscopy - opportunities and recent advances JF - Analytical and Bioanalytical Chemistry N2 - Diabetes mellitus is a widespread disease with greatly rising patient numbers expected in the future, not only for industrialized countries but also for regions in the developing world. There is a need for efficient therapy, which can be via self-monitoring of blood glucose levels to provide tight glycemic control for reducing the risks of severe health complications. Advancements in diabetes technology can nowadays offer different sensor approaches, even for continuous blood glucose monitoring. Non-invasive blood glucose assays have been promised for many years and various vibrational spectroscopy-based methods of the skin are candidates for achieving this goal. Due to the small spectral signatures of the glucose hidden among a largely variable background, the largest signal-to-noise ratios and multivariate calibration are essential to provide the method applicability for self-monitoring of blood glucose. Besides multiparameter approaches, recently presented devices based on photoplethysmography with wavelengths in the visible and near-infrared range are evaluated for their potential of providing reliable blood glucose concentration predictions. KW - Non-invasive glucose sensing KW - Vibrational spectroscopy KW - Photoplethysmography KW - Multivariate calibration KW - Validation studies PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1007/s00216-018-1395-x SN - 1618-2650 SN - 1618-2642 VL - 411 IS - 1 SP - 63 EP - 77 PB - Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature AN - OPUS4-46714 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lugovtsova, Yevgeniya A1 - Bulling, Jannis A1 - Prager, Jens T1 - Analyse der Ausbreitung geführter Wellen in einem Mehrschichtverbund zur Zustandsüberwachung von Composite-Druckbehältern N2 - Composite-Druckbehälter werden für Speicherung und Transport von Gasen unter hohem Druck verwendet. Durch die gewichtssparende Struktur, die aus einem dünnwandigem Metallgefäß und Faserverbundwerkstoff-Ummantelung besteht, sind solche Behälter insbesondere für die Luftfahrt- und Automobilindustrie interessant, z.B. als Wasserstoffspeicher. Die Druckprüfung ist ein konventioneller Test, um die Integrität von Metalldruckbehältern zu bewerten. Im Falle des Composite-Druckbehälters könnte eine solche Prüfung jedoch den Faserverbundwerkstoff überbeanspruchen und somit die verbleibende Lebensdauer der getesteten Komponente verringern. Infolgedessen ist es notwendig, Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung und möglicherweise zur Zustandsüberwachung von Composite-Druckbehältern zu entwickeln. Unser Ansatz verwendet geführte Ultraschallwellen und hat das Potenzial, kritische Schäden wie Risse im Metall und Faserbrüche und Matrixrisse in Faserverbundwerkstoff zu detektieren. In diesem Beitrag wurde die Scaled Boundary Finite Elemente Methode benutzt, um die multimodale, geführte Wellenausbreitung in einem Mehrschichtverbund, der aus Metall und Kohlenfaserverbund entsteht, zu analysieren. Das Verfahren ermöglicht die Identifizierung geeigneter Wellenmoden und die Analyse ihrer Interaktion mit verschiedenen Schäden. Diese Kenntnisse sollen für die Entwicklung von Verfahren zur Zustandsüberwachung von Composite-Druckbehältern angewendet werden. T2 - 22. Kolloquium Schallemission und 3. Anwenderseminar Zustandsüberwachung mit geführten Wellen CY - Karlsruhe, Germany DA - 27.03.2019 KW - Wasserstoffspeicher KW - Automobilindustrie KW - SBFEM KW - Faserverbundwerkstoff KW - Ultraschallwellen PY - 2019 AN - OPUS4-47689 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bente, Klaas A1 - Oeff, Julius A1 - Gaal, Mate T1 - Quantitative, zeiteffiziente, winkel- und frequenzaufgelöste Analyse von Elektretwandlern im Hör- und Ultraschallbereich T2 - Fortschritte der Akustik - DAGA 2019 N2 - Die Bildgebung oder Analyse von Materialien mittels luftgekoppelten Ultraschalls profitiert von einer hohen Geschwindigkeit, Flexibilität und Materialschonung des assoziierten Verfahrens. Die Luftankopplung hat jedoch den wesentlichen Nachteil, dass die auftretenden Impedanzsprünge an Grenzflächen zu enormen Verlusten in den Signalamplituden führen. Ultraschallwandler, die laut genug senden und sensitiv genug empfangen, um die geringen Signalamplituden noch auswerten zu können, sind somit zentraler Gegenstand der aktuellen Forschung und Entwicklung. Vielversprechende Wandlertypen sind piezokeramische Wandler, Elektretwandler, aber auch passive, breitbandige Ultraschallempfänger, wie optische Mikrophone. Die quantitative Charakterisierung der Sensitivitäten solcher Wandler wird oft vernachlässigt, da kein simples, universelles Verfahren zur Verfügung steht. In diesem Beitrag geht es um die Methodik der Charakterisierung von Luftultraschallwandlern mittels thermoakustischer Ultraschallsender. Thermoakustische Wandler erzeugen Ultraschall durch das schnelle heizen eines finiten Volumens an Luft vor dem Wandler. Die erhöhte interne Energie führt zu einer Druckänderung, welche sich als akustische Welle fortpflanzen kann. Da keine mechanische Volumenarbeit vom Wandler erbracht wird, funktioniert das Verfahren resonanzfrei. Die Charakterisierung wird am Beispiel von Elektretwandlern durchgeführt. Elektretwandler sind sensitive und immer verschleißresistentere Schallwandler, wodurch sie verbreitet Einsatz im Hör- und Ultraschallbereich finden. Geladene, zelluläre Polypropylen-Folien eignen sich besonders gut als Wandlermaterial aufgrund ihrer, verglichen mit Piezokompositen, hundertfach niedrigeren akustischen Impedanz bei gleichem piezoelektrischem Koeffizienten. Doch das winkel- und frequenzabhängige Verhalten der Wandler ist kaum untersucht und wenig quantifiziert. Es wird gezeigt, dass diese Folien eine schichtdickenabhängige Sensitivität in Größenordnungen zwischen 0.1 mV/Pa und 10 mV/Pa aufwiesen. Ein Maximum in der Sensitivität fand sich nahe ihrer mechanischen Resonanzfrequenz im Ultraschallbereich, aber auch im niederfrequenten Hörschallbereich. Darüber hinaus konnte die Winkelabhängigkeit der Sensitivität charakterisiert werden. Die Analyse konnte dabei zeiteffizient gestaltet werden, da pro Winkel eine Messung für die Berechnung der Übertragungsfunktion des Wandlers genügte. Quantifiziert wurden die Ergebnisse durch das einmalige Vermessen des Emitters mittels Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV). Mit den erzielten Ergebnissen wurde zum einen das komplexe Sensitivitätsverhalten der Wandler untersucht, aber auch eine grundlegende Methodik aufgezeigt, wie Wandler quantitativ, multivariat charakterisiert werden können. Winkel- und frequenzaufgelöste Sensitivitäten erlauben zum einen die Analyse der Anwendbarkeit der Wandler für sämtliche Einsatzgebiete, zum anderen stehen so Rückschlüsse über die mechanische Dynamik von Elektretfolien in Aussicht, da deren Sensitivität direkt mit ihrem Elastizitätsmodul skaliert. T2 - DAGA 2019 CY - Rostock, Germany DA - 18.03.2019 KW - Luftultraschall KW - Ultraschall KW - Elektretwandler KW - Thermoakustik KW - Wandlercharakterisierung PY - 2019 SP - 748 AN - OPUS4-47712 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -