Abstract:
Programm zur Berechnung des Schallfeldes von Ultraschallprüfköpfen in geschichteten Medien mit nichtparallelen und
gekrümmten Grenzflächen
E. Kühnicke, Dresden
Bei der Entwicklung und Anpassung von Ultraschallprüfköpfen für spezielle Prüfprobleme müssen bei konventioneller
Vorgehensweise auf Grund der Vielzahl der Variationsmöglichkeiten der Prüfkopfparameter und ihrem komplexen Einfluß auf
das Schallfeld viele verschiedene Labormuster hergestellt und meßtechnisch charakterisiert werden. Simulationsrechnungen
verringern diesen Aufwand wesentlich. Bei vielen Prüfproblemen, wie z.B. bei der Verbindungsprüfung zwischen Welle und
Nabe in Immersionstechnik, passiert der vom Wandler ausgesendete Schall Medien mit unterschiedlichen Impedanzen und
gekrümmten Grenzflächen, bevor er den zu prüfenden Bereich erreicht. Da das Schallfeld beim Durchgang durch Grenzflächen
abgelenkt, fokussiert bzw. defokussiert wird, hängt es nicht nur von den Prüfkopfparametern sondern auch vom jeweiligen
Meßaufbau und den Parametern des Prüfobjekts ab. Für die Berechnung des Schallfeldes müssen demzufolge die Größe und
die Form der Ultraschallwandler, die im allgemeinen nicht parallele Lage des Wandlers zur Probenoberfläche, seine zeitliche
Anregung und die Bedingungen beim Durchgang durch die verschiedenen Schichten modelliert werden.
Zur Beschreibung nichtparalleler und gekrümmter Grenzflächen wurde die Separationsmethode eingeführt. Das Problem wird
schrittweise in jeder Schicht mit Hilfe von Greenschen Funktionen und einer Punktquellensynthese gelöst. Durch die
Vernachlässigung von Mehrfachreflexionen werden nur Greensche Funktionen für den Halbraum benötigt.
Ein Softwarepaket zur Berechnung des harmonischen Schallfeldes für die oben beschriebenen komplizierten geometrischen
Verhältnisse steht zur Verfügung. Schallfeldberechnungen für eine Wellenprüfung in Immersionstechnik mit fokussierenden
Prüfköpfen und Folienprüfköpfen bei Normal- und Schrägeinschallung werden vorgestellt. Anhand der
Optimierungsrechnungen für die Entwicklung einer Anordnung zur Prüfung einer Welle-Nabe-Verbindung in
Immersionstechnik wird der Einfluß der Prüfkopfparameter, wie Linsenkrümmung, Frequenz und Schwingergröße, sowie die
Länge des Wasservorlaufs auf das Schallfeld erläutert.
Erste Ergebnisse zur Berechnung des Schallfeldes von Wandlern mit beliebiger Bandbreite für die Ankopplung an eine ebene
Grenzfläche werden vorgestellt. Die Empfindlichkeitsverteilungen für harmonische und Stoßwellenanregung werden verglichen.