Experimentelle und numerische Untersuchungen von textilverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen mit eingebetteten piezoelektrischen Sensor-Aktor-Arrays hinsichtlich der gerichteten Abstrahlung von akustischen Wellen - Winkler, Anja; Dannemann, Martin; Holeczek, Klaudiusz; Starke, Eric; Modler, Niels; Weiß, Manuel; Rupitsch, Stefan (DAGA 2017 - 43. Jahrestagung für Akustik, 2017)
Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) ermöglichen durch ihren schichtweisen Aufbau die Integration von Sensoren und Aktoren in den Verbundaufbau. Hierdurch können zahlreiche neuartige Bauteilfunktionalitäten wie etwa Abstands- oder Durchflussmesssysteme erschlossen werden. Dabei kann durch die Integration mehrerer piezoelektrischer Aktoren sowie deren gezielte zeitversetzte Ansteuerung eine gerichtete Plattenwelle erzeugt werden. Die Plattenwellen wiederum strahlen unter einem definierten Winkel Schall ab, der durch das umgebende Medium propagiert. Eine entsprechende Auswertung der zurückgekoppelten Wellen, die durch Teilreflektionen von einem Hindernis hervorgerufen werden, ermöglicht die Realisierung einer Abstandsmessfunktionalität. Auf ähnliche Weise können auch Wellen, die durch ein sich bewegendes Medium propagieren, analysiert werden, um daraus Rückschlüsse auf die Durchflussmenge zu ziehen.Neben dem Herstellungsprozess einer Demonstratorstruktur mit integriertem piezokeramischen Wandlerarray wird im vorliegenden Manuskript die experimentelle Erfassung der abgestrahlten Ultraschallwellen behandelt. Hierfür wurde mit einer Messvorrichtung punktweise das von der Versuchsplatte abgestrahlte Schallfeld ermittelt. Im Rahmen der anschließenden Visualisierung können die Betrachtungsebenen räumlich und zeitlich frei gewählt werden. Ein Vergleich der experimentell ermittelten Schalldruckverteilungen mit den Simulationsergebnissen zeigt eine gute Übereinstimmung. Die Abstrahlung von gerichteten Ultraschallwellen in Luft durch ein werkstoffintegriertes Piezowandler-Array konnte somit experimentell nachgewiesen werden.