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In this contribution a simulation tool is developed to compute the energy skewing angles and energy coefficients
for the reflected and refracted plane waves in following general cases: (1) reflection and refraction
of plane elastic waves at an interface between isotropic and transversely isotropic solid, (2) reflection
and refraction of plane elastic waves at an interface between transversely isotropic and isotropic solid, (3)
reflection and refraction of plane elastic waves at an interface between two general transversely isotropic
solid and (4) reflection of plane elastic waves from a stress free boundary of a transversely isotropic solid.
Computational results for analytically evaluated acoustic wave energy skewing angles and energy reflection
and transmission coefficients in acoustically anisotropic materials such as austenitic steel materials
exhibiting columnar grain orientation are presented. The obtained results show that the acoustic energy
skewing angles and coefficients in austenitic steel materials strongly depend upon the columnar grain
orientation and are less influenced by the grain orientations which are parallel and perpendicular to the
interface.
Lamb waves travel in plates and hollow cylinders over large distances and propagate with multiple mode shapes. Therefore the waves can be used for integrity tests of large scale structures. Each propagating wave mode has a unique dispersive character and a frequency dependent vibration pattern. Therefore, by interacting with flaws each mode is assumed to generate an individual reflection pattern depending on the flaw type, flaw orientation and size. To extract this information a frequency as well as wave number dependent mode excitation is required ensuring a single mode excitation. The challenge, however, is to control the selective mode excitation electronically to allow a sequence of consecutive tests with different wave modes to collect the data. A method is proposed using phased array wedge transducers with fluid coupling for normal force excitation of Lamb wave modes. The excitation principle is investigated analytically on plates by modelling the wave generation in the wedge and the coupling between wedge and structure. The analytical results of the excitation principle are validated by corresponding experiments where the field patterns on the wedge surface and on the plate were scanned using a laser vibrometer. The directivity of the radiated field is investigated together with the direction dependent analysis of the mode content.
Mit der Gruppenstrahlertechnik der Bundesanstalt für
Materialforschung und -prüfung sind umfangreiche Untersuchungen an einer
plattierten Druckbehälter-Testwand durchgeführt worden. In der vorliegenden
Testwand mit einer Wanddicke von 149 mm befinden sich künstliche
Testreflektoren im Schweißnaht- und Plattierungsbereich, die mit Gruppenstrahler-
Prüfköpfen mit unterschiedlichen Frequenzen, Einschallwinkeln und
Einschallrichtungen nachgewiesen und in ihrem Anzeigenverhalten analysiert
wurden.
Zur Rekonstruktion der Reflektoranzeigen wurde ein SAFT - Algorithmus
verwendet, der die Variation der Einschallwinkel berücksichtigt. Zum Vergleich
sind die Reflektoren auch mit der TOFD - Technik analysiert worden. Ziel der
Untersuchungen war der direkte Vergleich der Eignung der SAFT- und TOFDTechnik
zur quantitativen Reflektorgrößenbestimmung.
Geführte Wellen breiten sich in Platten und Hohlzylindern über weite
Entfernungen aus. Aus dieser Eigenschaft ergibt sich ein hohes Anwendungspotential
dieser Wellenart für die zerstörungsfreie Prüfung ausgedehnter Bauteile und
Strukturen mittels Ultraschall. Nachteilig für die Anwendung geführter Wellen sind
ihr dispersives Verhalten und die zunehmende Anzahl ausbreitungsfähiger Wellenmoden
bei hohen Frequenzen.
Ziel des Einsatzes der Gruppenstrahlertechnik ist es, eine ausgewählte Wellenmode
selektiv anzuregen bzw. zu empfangen. Durch die Änderung des Schwenkwinkels
im Gruppenstrahlerprüfkopf wird eine definierte Spurwellenlänge auf dem
Interface zwischen Prüfkopf und Struktur festgelegt, die zur Anregung einer Welle
mit entsprechender Phasengeschwindigkeit führt. Da der Schwenkwinkel elektronisch
verändert werden kann, lässt sich auch die angeregte Wellenmode elektronisch
auswählen, worin der große Vorteil des vorgestellten Verfahrens liegt.
In den vorgestellten Untersuchungen wurde die Anwendbarkeit der Methode
experimentell demonstriert. Der Anregemechanismus wurde theoretisch beleuchtet
und die Wellenausbreitung im Prüfkopf mit verschiedenen analytischen Ansätzen
modelliert. Mit diesen Modellen können Fragen der Richtwirkung und der Effizienz
der Anregung detailliert untersucht werden. Die modellierten Wellenfelder
wurden mit den experimentellen Ergebnissen verglichen und die Anwendbarkeit
der theoretischen Ansätze beurteilt, wobei die Ergebnisse der theoretischen Untersuchungen
im Experiment verifiziert werden konnten.
The diffuse field assumption employed in basic statistical energy analysis (SEA) and in statistical room acoustics is violated for source and receiver positions close to boundaries or discontinuities. A simple approach is proposed to include the correction initially suggested by Waterhouse based on spherical Bessel functions in SEA predictions for rectangular rooms. With this modification the SEA results will be augmented by a position dependence and an additional frequency dependence. The approach is applied and demonstrated also for plate-like structures with different boundary conditions. An analytical solution is shown for the corner position on a simply supported plate and for edge positions on plates with more complex boundary conditions. The validity of the approach is confirmed by means of comparisons with modal analysis and finite element calculations.
Guided waves travel in plates and hollow cylinders over large distances and propagate with multiple mode shapes. Therefore the waves can be used viably for integrity tests of large scale structures. The number of propagating modes increases with frequency. Due to their dispersive character the different modes are manageable only in a limited frequency range. Depending on the wave length and on the angle of impingement of the wave front to the coupling surface between transducer and structure, a trace wavelength is predefined and a selective excitation of single modes becomes feasible. By using phased array technique the excited wave mode can be selected by controlling the input signal of the transducer. Different modes are excitable with a sin-gle mechanical set-up. In a first step of the investigation, a calculation model is developed modelling the wave propagation and the selective excitation of guided wave modes depending on the control parameters. Dedicated experiments show the applicability of the method presented. The flaw detection of different sized cracks and of material thickness reductions is examined depending on the excitation wave mode.