Simulation und Bewertung von Porosität in CFK mit Ultraschall

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Ziel dieser Arbeit ist es, das Verständnis der physikalischen Vorgänge während der Ultraschallwellenausbreitung in komplexen Faserverbundwerkstoffen zu verbessern. So soll ein Beitrag geleistet werden, Messergebnisse der Ultraschallprüfung besser zu verstehen und Prüfparameter zu optimieren. Dazu wird die Wellenausbreitung in Mikrostrukturmodellen simuliert, die mit dem Softwaremodul WiseTex generiert werden. Die Untersuchung beschränkt sich auf dünne Laminate aus gerichteten Kohlenstofffasern, die in Epoxydharz eingebettet sind. Die Berechnung ist für isotrope, transversal-isotrope und orthotrope Materialien ausgelegt. Die Simulation der Wellenausbreitung wird numerisch mit der in C++ implementierten Elastodynamischen Finiten Integrationstechnik durchgeführt. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Software wird MikrUSS genannt. Validierungsrechnungen zeigen die korrekte Umsetzung der numerischen Algorithmen und ihre Anwendbarkeit auf die zu untersuchenden Problemstellungen. Um die korrekte Wellenausbreitung in anisotropen Mikrostrukturmodellen nachzuweisen, wird ein Modell einer realen Platte erstellt. Die Messergebnisse der Ultraschallprüfung der Platte werden mit den Simulationsergebnissen verglichen. Außerdem wird der Einfluss des genutzten Anregungsimpulses und des Lagenaufbaus eines Laminats untersucht. Die Simulationsergebnisse eines Mikrostrukturmodells werden mit einem homogenisierten Modell verglichen.