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1 Einleitung 7
„Phased Array“-Ansatz die Eigenschaften eines räumlichen Filters. [YAN und ROSE 2007]
haben diese Technik auf Faserverbundwerkstoffe übertragen.
Eine weitere Methode zur Bestimmung des Schadensortes ist die Laser-Doppler-Vibrometrie,
die z.B. von [LEE und STASZEWSKI 2007] und [YASHIRO et al. 2007] angewendet werden. Bei
diesem Verfahren scannt man die Struktur mit Hilfe eines Lasers vollständig ab und erstellt
anschließend eine Sequenz der Wellenausbreitung. Durch die Analyse des Wellenfelds und
der am Schaden entstehenden Reflexionen kann man diesen lokalisieren.
Weniger weit verbreitete Verfahren folgen einer abklingenden Energiefunktion, siehe [WANG
und YUAN 2006], oder dem Einsatz von neuronalen Netzen, vergleiche [CHETWYND et al.
2008] und [SU et al. 2007].
1.2 Ziele und Beitrag der Arbeit
Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein SHM-Konzept auf Basis von Lambwellen zu entwickeln und
dieses hardwareseitig zu implementieren. Darüber hinaus besteht die Problemstellung darin,
neue Signalverarbeitungsmethoden zu entwerfen, mit deren Hilfe Schäden in isotropen und
anisotropen Werkstoffen automatisch detektiert und lokalisiert werden können. Mit der
Analyse des Temperatureffekts wird ein Beitrag dazu geleistet, ein solches SHM-System
künftig in realen technischen Strukturen einzusetzen, welche veränderlichen Betriebs- und
Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind.
In Kapitel 2 werden zunächst die notwendigen Grundlagen der Wellenausbreitung in
isotropen und anisotropen Strukturen vorgestellt. Ein zentrales Element ist hierbei die
theoretische Beschreibung der Phasen- bzw. Gruppengeschwindigkeit auf Basis der
elastischen Materialkenngrößen. Das Wissen um die Wellengeschwindigkeit ist speziell für
die Lokalisation von besonderer Bedeutung. Des Weiteren wird ein Modell für die
quantitative Beschreibung der piezoelektrischen Aktoreigenschaften vorgestellt. Damit ist es
möglich, die in eine isotrope Struktur eingeleitete Dehnung als Funktion der Sensorabmaße
und der Anregungsfrequenz zu berechnen. Dieses Modell wird im weiteren Verlauf der Arbeit
mit experimentellen Daten verifiziert. Überdies enthält das zweite Kapitel einen Abschnitt
über den Einfluss der Temperatur auf die Wellenausbreitung. Das Verständnis über die
zugrundeliegenden Mechanismen ermöglicht die Entwicklung geeigneter
Signalverarbeitungsmethoden, die eine Kompensation des Temperatureffekts erlauben. Den
Abschluss des Kapitels bildet die Einführung einiger Grundbegriffe, die für das Verständnis
der wellenbasierten SHM-Systeme von Bedeutung sind.