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5 Anwendungsbeispiele und Ergebnisse 85
Im fünften und letzten Abschnitt wird eine nicht-konvexe isotrope Struktur betrachtet, bei der
Schäden trotz der komplexen Geometrie zuverlässig lokalisiert werden können. Dieser
Abschnitt demonstriert die statistische Versuchsplanung im Rahmen der
Schadensvisualisierung, bei der die Stützstellen auf systematische Weise nur dort platziert
werden, wo die größten Nichtlinearitäten auftreten.
5.1 Systematische Untersuchung mehrerer runder piezoelektrischer
Aktoren für die Anregbarkeit geführter Wellen
Im Vorfeld der experimentellen Untersuchungen ist es von besonderer Bedeutung, die
Eigenschaften der piezoelektrischen Elemente im Detail zu untersuchen. Diese hängen stark
von der Geometrie der eingesetzten PZTs ab. Bei der Auswahl der Sensoren für die
nachstehenden Experimente liegen die folgenden drei Kriterien zugrunde:
• Einleiten einer möglichst großen Dehnung, so dass sich die Ultraschallwellen über
eine große Distanz ausbreiten und so einen weiten Bereich überwachen können,
• Anstreben einer hohen Modenreinheit in den Sensorsignalen, um die Qualität der
Ergebnisse bei den eingesetzten Signalverarbeitungsalgorithmen zu optimieren,
• Ein möglichst günstiger Preis.
Um die im zweiten Kriterium angesprochene Modenreinheit zu erreichen, sind prinzipiell
mehrere Strategien denkbar. Beispielsweise können für die Erzeugung von Ultraschallwellen
interdigitale Sensoren eingesetzt werden, bei denen der Abstand zwischen den fingerförmigen
Elektroden auf die Wellenlänge der Ultraschallwellen abgestimmt ist, siehe [QUEK et al.
2007]. Der Nachteil dieser Sensoren besteht darin, dass das resultierende Wellenfeld eine
hohe Richtungsabhängigkeit aufweist, die einen Einsatz bei einem verteilten Sensornetzwerk
einschränken. Des Weiteren können piezoelektrische Sensoren mit einer zusätzlichen Masse
versehen werden, so dass die Anregung der S0-Mode weitestgehend unterbunden wird
[CLARKE und CAWLEY 2008]. Eine dritte Strategie besteht darin, die Sensoren auf beiden
Seiten der Struktur aufzukleben. Durch eine geeignete Polarisierung wird entweder die A0-
Mode oder die S0-Mode verstärkt [KIM und SOHN 2007]. Dieser Versuchsaufbau ist vor allem
dann schwierig, wenn die Sensoren aus technischen Gründen, z.B. bei der Außenhaut eines
Flugzeugs, nur von einer Seite appliziert werden können.
Im folgenden Kapitel werden die Ergebnisse einer umfangreichen Parameterstudie erläutert,
bei der die Eigenschaften von insgesamt sechs runden PZTs gegenübergestellt werden, siehe
auch [MOLL und FRITZEN 2010a]. Hierbei werden zwei Aluminiumstrukturen der Größe