Ultraschallsimulation durch Überlagerung transienter Punktquellen-Wellenfelder: Neue Möglichkeiten mit der Punktstrahlersynthese

Die Entwicklung neuer, innovativer Methoden in der zerstörungsfreien Materialprüfung profitiert in erheblichem Maße vom Einsatz geeigneter Simulationsverfahren. Auf der Basis physikalischer Modelle helfen diese beim Verständnis komplexer Wellenausbreitungsphänomene, bei der Optimierung von Prüfköpfen und Prüfparametern sowie bei der Interpretation experimenteller Ergebnisse. Eine ganze Reihe von analytischen, halb-analytischen und numerischen Verfahren steht im Bereich der Ultraschallsimulation zur Verfügung. Dieser Beitrag stellt eine Erweiterung der im Vergleich mit experimentellen Ergebnissen vielfach validierten, halb-analytischen Generalisierten Punktquellensynthese vor. Im Hinblick auf die Schallabstrahlung erlaubte diese bisher die wellenartspezifische Berechnung von Schallfeldern u nd Ultraschallsignalen, die in Kontakt- oder Immersionstechnik mit Ein- oder Mehrelementprüfköpfen in verschiedensten Bauteilen und Materialien erzeugt werden. Die nun implementierte Erweiterung basiert auf der Überlagerung von zeitabhängigen Punktquellen-Wellenfeldern, die mittels numerischer Verfahren, zunächst für den Fall isotroper Materialien, berechnet wurden. Hierzu haben wir die Elastodynamische Finite Integrationstechnik in einer 3D-Implementierung verwendet, es eignen sich aber auch die anderen verfügbaren numerischen Verfahren. Dieser neue, numerisch unterstützte GPSS-Simulationscode erlaubt die Berücksichtigung aller auftretenden Wellenphänomene. Dies wird an ausgesuchten praxisrelevanten Beispielen illustriert, wie etwa der Ultraschallanregung durch Gruppenstrahler oder im Hin blick auf die Prüfung oberflächennaher Bauteilzustände mittels Rayleigh-Wellen