Finite Elemente Modellierung zur monomodalen Anregung von Lambwellen in Faserverbundplatten

Abstract

In der vorliegenden Arbeit soll die Möglichkeit einer modenselektiven Anregung von Lambwellen mit Hilfe der FEM untersucht werden. Speziell der Einfluss von Geometrie und Anregung auf die Effektivität von Interdigitalwandlern ist dabei von Interesse. In der Literatur finden sich nur wenige Richtlinien zur Simulation von Wellenausbreitungsvorgängen. Daher muss für eine optimale Auswahl vieler Simulationsparameter, wie Netzdichte und Zeitschrittweite, erst eine Evaluierung durchgeführt werden. Auch die Materialkennwerte der einzelnen anisotropen CFK-Schichten müssen aufwendig berechnet und überprüft werden, um eine Vergleichbarkeit der Simulationen mit experimentellen Versuchen zu gewährleisten. Bei der Untersuchung der Interdigitalwandler hat sich herausgestellt, dass insbesondere dann eine hohe Amplitude des anzuregenden Modes erreicht werden kann, wenn die Pulsanzahl des Anregungssignals der halben Segmentanzahl entspricht. Die Segmentbreite beeinflusst die modenselektiven Eigenschaften des Wandlers dagegen weniger, solange die Segmentanordnung an die Wellenlänge angepasst ist. In this study the potential for mode selective generation of Lamb waves is investigated with the help of the FEM. The influence of transducer geometry and excitation signal on the effectiveness of interdigital transducers is of special interest. Since there are very few guidelines regarding the simulation of wave propagation, there is the need to assure an accurate choice of simulation pa-rameters like mesh density and time step size. The examined plates consist of several anisotropic CFRP layers, whose material properties are not easily obtainned. Precise calculation and evalua-tion are necessary to ensure the comparability between simulation and experiment. Varying the transducer parameters results in high amplitudes of the intended mode when the number of pulses equals half the number of segments. On the contrary, the width of the segments has much less in_uence on the mode selective properties of the transducer, as long as the seg-ments are arranged according to the wavelength.