Nikiema, Wendwoga Fulgence

Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf der numerischen Untersuchung der nichtlinearen Wellenausbreitung aufgrund interlaminarer Schäden wie Delaminationen in Faser−Metall−Laminaten im Hinblick auf ihre Anwendung in der strukturellen Schadensdetektion und −charakterisierung. Faser−Metall−Laminate bezeichnet eine Gruppe von Hybridwerkstoffen, deren Struktur aus alternierenden Schichten von Metall und faserverstärkten Kunststoffen besteht. Im Rahmen der Untersuchung wird ein numerisches Modell zugrunde gelegt, wobei die Modellierung einer physikalisch validen und realitätsnahen Delamination sowie ihrer Interaktion mit geführten Wellen einen besonderen Augenmerk einnehmen. Die komplexen mechanischen Eigenschaften von Faser−Metall−Laminaten erfordern eine eingehende Analyse ihres globalen nichtlinearen Verhaltens. Hierzu werden hyperelastische Materialmodelle eingesetzt, welche die Analyse höherharmonischer Moden und des Nichtlinearitätsparameters über weite Ausbreitungsstrecken ermöglichen. Die Analyse ergibt ein konsistentes Ergebnis im Zusammenhang mit der analytisch berechneten Dispersionslänge in Bezug auf den kumulativen bzw. quasi−kumulativen Effekt. Darauf aufbauend erfolgt die Analyse der nichtlinearen Akustik mittels Kontaktdefinition an den Delaminationsgrenzen hinsichtlich der Generierung höherharmonischer Moden sowie des Einflusses auf die Verschiebungsfelder. Die vorliegende Analyse demonstriert, dass das kumulative Verhalten der höherharmonischen Moden in der unmittelbaren Nähe der Delamination eine starke Ausprägung zeigt und nach außen hin abklingt. Das nichtlineare Ausbreitungsverhalten unterscheidet sich also aufgrund der auftretenden höher− und subharmonischen Moden im Frequenzbereich mit den entsprechenden Peaks maßgeblich vom linearen Fall. Somit erweist sich die Verwendung von geführten Wellen zur Detektion von Delaminationen in Faser−Metall−Laminate als eine geeignete Methode.