Wellenausbreitung in Holzbalken, Charakterisierung des Materials und Detektion von Fehlstellen [antikvár]

KurzfassungDiese Arbeit befasst sich mit der zerstörungsfreien Prüfung von Holz. Das Ziel ist zum einen eine Methode zu entwickeln, um das Holz zu charakterisieren; zum anderen soll eine Möglichkeit gefunden werden, um Fehlstellen in Holzbalken zu de-tektieren. Unter Charakterisierung wird hier die Bestimmung der elastischen Materialkennzahlen, der Elastizitätskonstanten, verstanden, wobei in den Experimenten rechteckige Holzbalken oder Holzstäbe als Probekörper verwendet werden. Dementsprechend kann die Arbeit in zwei geteilt werden: in der ersten Hälfte wird eine Methode vorgestellt, mit deren Hilfe die Elastizitätskonstanten eines Holzbalkens bestimmt werden. Im zweiten Teil der Arbeit werden zwei Methoden diskutiert, um Fehlstellen in Balken zu detektieren.Die Elastizitätskonstanten werden mit Hilfe von Strukturwellen bestimmt. Die Strukturwellen breiten sich dispersiv aus, da die Wellengeschwindigkeit auch von der Frequenz abhängt. Diese Abhängigkeit kann anhand von Dispersionskurven dargestellt werden. Zudem hängen die Dispersionskurven von der Geometrie und von den Elastizitätskonstanten ab. Ein inverses Problem kann formuliert werden: die Elastizitätskonstanten sollten bestimmt werden, in Kenntnis der Geometrie und der Dispersionskurven. Dies kann mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens, beispielsweise mit der Methode der kleinsten Quadrate, gelöst werden. Um diese Methode anwenden zu können, müssen die Dispersionskurven sowohl experimentell als auch theoretisch bestimmbar sein.Die Dispersionskurven des Balkens werden in Experimenten gemessen. In Experimenten mit Holzbalken werden mittels Piezoelementen Biege- und Längswellen angeregt. Die Oberflächenverschiebungen des Balkens werden mit einem Laserin-terferometer in zahlreichen Punkten entlang der Längsachse detektiert. Mit Hilfe der Linear Prediction Methode können aus den Messungen die Dispersionskurven bestimmt werden.Das Optimierungsverfahren benötigt neben den gemessenen Kurven auch ein von den Elastizitätskonstanten abhängiges mathematisches Modell. Da das Wellenausbreitungsphänomen im anisotropen Festkörper ein sehr komplexes Problem darstellt, können die Dispersionskurven eines orthotropen Rechteckbalkens analytisch nicht berechnet werden. Mit Hilfe einer numerischen Methode können jedoch