Ultrasonic Characterization of Elastic Anisotropy in Composites: Case Study of CFRP: Prof. Dr. rer. nat. Manfred Hentschel to this 65th birthday

Igor Solodov; Daniel Döring; Gerd Busse

doi:10.3139/120.100921

Artikel

Ultrasonic Characterization of Elastic Anisotropy in Composites: Case Study of CFRP

Prof. Dr. rer. nat. Manfred Hentschel to this 65^th birthday

Igor Solodov , Daniel Döring und Gerd Busse

Veröffentlicht/Copyright: 26. Mai 2013

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Aus der Zeitschrift Materials Testing Band 50 Heft 10

Abstract

Combined measurements of bulk and plate wave velocities are used to infer the complete matrix of elastic constants for orthotropic CFRP laminates. A direct estimate of Young's moduli in principal axes of the composite is deduced from the low-frequency values of the s₀-wave velocities in these directions. The non-contact ultrasonic evaluation of the in-plane anisotropy of Young's modulus in CFRP is implemented by air-coupled measurements of the a₀-wave dispersion extrapolated to a static case. A strong variation of elastic anisotropy as a function of frequency is measured for both s₀- and a₀-waves. A simple phenomenology presented enables a rapid quantification of frequency variation of plate wave anisotropy in composites. The relation between elastic wave anisotropies and inherent material elasticity is discussed for bulk, surface, and plate waves.

Kurzfassung

Die E-Moduln in Hauptachsenrichtung des CFK wurden unmittelbar aus den Phasengeschwindigkeiten von Niederfrequenz-s₀-Wellen in den jeweiligen Richtungen abgeschätzt. Die berührungslose Ermittlung der planaren Anisotropie des E-Moduls wurde mittels luftgekoppeltem Ultraschall und Extrapolation der Dispersion von a₀-Wellen in den stationären Fall (f = 0) implementiert. Für beide Plattenwellentypen konnte eine starke Abhängigkeit des Anisotropiegrades von der Frequenz festgestellt werden. Eine einfache, phänomenologische Methode ermöglicht eine rasche Quantifizierung der Plattenwellenanisotropie in Faserverbundwerkstoffen. Der Zusammenhang zwischen der Anisotropie elastischer Wellen und der eigentlichen Materialanisotropie wird für Bulk-, Platten- und Oberflächenwellen diskutiert.

Prof. Dr. rer. Nat. Igor Yu. Solodov received the M.Sc. degree in Physics from M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia in 1968. In 1972 he received a Ph.D. and in 1989 D.Sci. degree from Faculty of Physics MSU where he got a full professor position at the Department of Acoustics. As a visiting scientist he worked at the University of California (Berkeley), Stanford University, University of Maryland (College Park, USA), Nanjing University (China), and University of Windsor (Canada). In 2003, he joined the IKT-ZfP group at University of Stuttgart. His research interests include microwave acoustics, surface acoustic waves, nonlinear acoustics of solids and acoustic NDE-applications.

Dipl.-Phys. Daniel Döring, geb. 1977, studierte Biophysik an der TU München. Er arbeitet seit 2004 am Institut für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart, Abteilung Zerstörungsfreie Prüfung (IKT-ZfP), als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich der Prüfverfahren mit elastischen Wellen mit dem Arbeitsschwerpunkt Luftultraschall.

Prof. Dr. rer. nat. habil. Gerd Busse, geb. 1943, studierte an der Universität Freiburg Physik. Nach der dortigen Promotion und Tätigkeiten an den Universitäten Regensburg, Neubiberg und Atlanta/USA wurde er 1989 auf die Professur für Zerstörungsfreie Prüfung am IKT der Universität Stuttgart berufen. Er arbeitet dort an der Entwicklung neuer zerstörungsfreier Prüfverfahren und ihrer Anwendung.

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Published Online: 2013-05-26

Published in Print: 2008-10-01

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https://doi.org/10.3139/120.100921