Numerische Zeitbereichsmodellierung elastischer Wellen in krummlinigen Koordinaten
F. Schubert, B. Köhler, H. Kühnicke, IZFP (EADQ), Dresden
ABSTRACT
Zur Modellierung der Ausbreitung und Streuung elastischer Wellen im Zeitbereich können je nach Problemstellung verschiedene numerische Verfahren herangezogen werden. Im Bereich der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung hat sich in der Vergangenheit die von Fellinger et al. entwickelte Elastodynamische Finite Integrationstechnik (EFIT) als besonders leistungsfähiges und flexibles Werkzeug erwiesen. Dabei erfolgte die Diskretisierung der elastodynamischen Grundgleichungen bislang ausschließlich in kartesischen Koordinaten. Für Probleme, die sich vorteilhaft in krummlinigen Koordinaten beschreiben lassen, ist es jedoch zweckmäßig, auch mit einem krummlinigen Raumgitter zu arbeiten. So müssen z.B. achsensymmetrische Probleme mit dem herkömmlichen kartesischen EFIT dreidimensional behandelt werden, während bei Formulierung in Zylinderkoordinaten das gleiche Problem in einem effektiv zweidimensionalen Gitter in der (r,z)-Ebene beschrieben werden kann. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Grundlagen von EFIT in Zylinder- und Kugelkoordinaten und präsentiert verschiedene Anwendungsbeispiele. Diese betreffen die Streuung ebener Wellen an kugelförmigen Einschlüssen, die Modellierung von Prüfköpfen mir kreisförmiger Apertur, die Simulation realistischer Impaktecho-Prüfsituationen im Bauwesen, die Untersuchung thermoelastischer Laserquellen, Belastungssimulationen für das Quecksilbertarget der europäischen Spallationsneutronenquelle ESS, sowie verschiedene geophysikalische Aufgabenstellungen, wie etwa die Sendecharakteristik einer Bohrlochsonde oder die Untersuchung von Oberflächen- und Tauchwellen in Auflockerungszonen.
