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Erscheinungsjahr
- 2010 (2)
Dokumenttyp
Schlagworte
- Guided waves (1)
- Phased array (1)
- Wave propagation (1)
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.
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.