Beitrag zur Strukturzustandsüberwachung von faserverstärkten Kunststoffen mit Lamb-Wellen unter veränderlichen Umgebungsbedingungen

Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Vertiefung des Wissens über sich aus den Besonderheiten faserverstärkter Materialien ergebende Effekte auf die Strukturzustandsüberwachung mittels Lamb-Wellen. Diese haben ihre Ursache auf der einen Seite in den Besonderheiten des wellenleitenden Materials. Die anisotropen Eigenschaften und die im Vergleich zu Metallen wesentlich stärkere Dämpfung führen zu einer erheblichen Beeinflussung der Wellenausbreitung. Zusätzlich führt die Verwendung von Kunststoffmatrixsystemen zu Effekten wie Feuchteabsorption, welche im anisotropen Material zu richtungsabhängigen relativen Eigenschaftsänderungen führen und die Lamb-Wellen ebenfalls beeinflussen. Auf der anderen Seite interagiert aber auch das für das SHM genutzte System, welches sich durch direkte Applikation an oder Integration in die zu überwachende Struktur auszeichnet, mit dem Wellenleiter und den diesen beeinflussenden Umgebungsfaktoren. Die sich aus diesen Faktoren ergebenden Änderungen der Lamb-Wellen erschweren deren Nutzung für die Strukturüberwachung, da sie Änderungen in Folge von tatsächlichen Schäden an der zu überwachenden Struktur sowohl imitieren als auch maskieren können. Die daraus folgenden Unsicherheiten und Fehlalarme sind ein wesentliches Hemmnis bei der Integration von SHM-Systemen in reale Strukturen. In dieser Arbeit werden deshalb experimentelle und analytische Untersuchungen zu den Auswirkungen verschiedener Umgebungseinflüsse untersucht und Verfahren zu deren Kompensation geschaffen. Darauf aufbauend werden die Grenzen der Anwendbarkeit derartiger Verfahren aufgezeigt und präventive Methoden zur Minimierung von nicht schädigenden Einflussfaktoren vorgeschlagen.