Die zerstörungsfreie Ultraschallprüfung von akustisch anisotropen Werkstoffen stellt auch heute noch eine Herausforderung dar. Die Gefügestruktur in solchen Materialien beeinflusst die Wellenausbreitung derart, dass es zum einen zu starken Streuungen durch die großflächigen Korngrenzen und zum anderen, aufgrund der akustischen Anisotropie, zu einer Richtungsabhängigkeit der Schallgeschwindigkeiten kommt. In den vergangenen Jahren wurden bereits Lösungsansätze zur mathematischen Modellierung der Schallausbreitung in anisotropen Materialien vorgestellt. Diese basieren in der Regel auf FEM- bzw. FIT- Algorithmen, die durch die Diskretisierung des gesamten Volumens einen hohen Rechenaufwand erfordern und in der täglichen Prüfpraxis aufgrund ihrer Komplexität bei der Parametrierung nur bedingt einsetzbar sind. Aus diesem Grund wird hier ein Ansatz zur Schallfeldberechnung gewählt, der auf die praktische Anwendung von Gruppenstrahler-Prüfköpfen zugeschnitten ist. Während sich andere Verfahren auf einzelne Wellenanteile und monofrequente Lösungen beschränken, um den Rechenaufwand zu reduzieren, können mit diesem Ansatz die reale Signalform des Prüfkopfes sowie alle auftretenden Wellenanteile in homogenen transversalisotropen Medien berücksichtigt werden. Durch entsprechende Optimierungen im Berechnungsalgorithmus lässt sich das gesamte vierdimensionale Schallfeld eines Gruppenstrahler-Prüfkopfes im Halbraum in kürzester Zeit berechnen. Die analytische Lösung der Wellengleichung für den Halbraum in Form einer Greenschen Funktion wird dabei in eine Gleichung umgeformt, die hier als vierdimensionale Punktrichtwirkung bezeichnet wird. Dieser Modellansatz ermöglicht es, die Parameter eines Gruppenstrahlersystems in der praktischen Anwendung zu überprüfen und durch iterative Rechnungen zu optimieren. Mit Hilfe einer einfach zu handhabenden Visualisierungstechnik ist es möglich diesen Modellansatz mit realen Schallfeldmessungen zu vergleichen. Dazu werden mit elektrodynamischen Sonden die einzelnen Komponenten des dreidimensionalen Vektors der Teilchenverschiebung an der Oberfläche von Festkörpern abgetastet. Die an den Messpunkten ermittelten Zeitfunktionen des Verschiebungsvektors werden dann dem berechneten Zeitverlauf der Wellenausbreitung gegenübergestellt. Die berechneten und gemessenen Schallfelder stimmen in der Phasenlage und im Amplitudenverlauf gut überein. Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem verwendeten Rechenmodell alle in der Realität auftretenden Wellenanteile vollständig berücksichtigt werden und dreidimensionale Problemstellungen aus der Praxis mit diesem Modell korrekt berechnet werden können. / The non-destructive ultrasonic testing of acoustic anisotropic materials is an important challenge. The texture of these materials causes a strong scattering of the sound wave by the extensive grain boundaries and a direction dependent sound velocity by the acoustic anisotropy. Several approaches for the modelling of the sound propagation in anisotropic materials were presented in the last years. These approaches are normally based on FEM or FIT algorithms using a discretisation of the complete volume. Their calculation needs extensive time and a very complex parameterisation. Thus these algorithms are not suitable in practice of ultrasonic testing. In this work an approach is presented that is optimised for the application of phased array transducers. The new approach considers the real frequency spectrum of the transducer as well as all occurring wave modes in homogeneous transversely isotropic media, whereas other approaches are limited to solutions for single wave modes and single frequencies to reduce the calculation effort. The appropriate optimisations of the mathematical algorithm allow the fast calculation of the complete four-dimensional transient wave field of a phased array transducer in the half-space. The Green’s functions are derived by an analytical solution of the elastodynamic wave equation for the half-space. These functions will be transformed into an equation which will be referred to in this work as four-dimensional directivity pattern. This approach allows the verification of the parameters of a phased array system and their optimisation by iterative calculations in the practical application. To get accurate results in these calculations, the experimental verification of the applied mathematical model for the wave propagation is an essential task. The technique presented in this work applies electrodynamic probes, which provides a simple use. The probes can detect the particle displacement at a solid surface in all three spatial directions. The measured time-functions of the wave field will be compared with the calculated time-functions. They show a good accordance in the phase and the amplitude. This confirms that the applied mathematical model considers completely all in practice occurring wave modes. The results further show that three-dimensional problems in practice can be calculated correctly with this model.

In der vorliegenden Arbeit werden Holzwerkstoffe im statischen Biegeversuch und im Schlagbiegeversuch vergleichend geprüft. Ausgewählte Holzwerkstoffe werden thermisch geschädigt, zudem wird eine relevante Kerbgeometrie geprüft. Ziel der Untersuchungen ist die Eignung verschiedenartiger Werkstoffe für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen mit Schlagbelastungen zu prüfen. Hierzu werden zunächst die Grundlagen der instrumentierten Schlagprüfung und der Holzwerkstoffe erarbeitet. Der Stand der Technik wird dargelegt und bereits durchgeführte Studien werden analysiert. Darauf aufbauend wird eine eigene Prüfeinrichtung zur zeitlich hoch aufgelösten Kraft-Beschleunigungs-Messung beim Schlagversuch entwickelt. Diese wird anhand verschiedener Methoden auf ihre Eignung und die Messwerte auf Plausibilität geprüft. Darüber hinaus wird ein statistisches Verfahren zur Überprüfung auf ausreichende Stichprobengröße entwickelt und auf die durchgeführten Messungen angewendet. Anhand der unter statischer und schlagartiger Biegebeanspruchung ermittelten charakteristischen Größen, wird ein Klassenmodell zum Werkstoffvergleich und zur Werkstoffauswahl vorgeschlagen. Dieses umfasst integral die mechanische Leistungsfähigkeit der geprüften Holzwerkstoffe und ist für weitere Holzwerkstoffe anwendbar. Abschließend wird, aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen, ein Konzept für die Bauteilprüfung unter Schlagbelastung für weiterführende Untersuchungen vorgeschlagen. / In the present work wood-based materials are compared under static bending load and impact bending load. Several thermal stress conditions are applied to selected materials, furthermore one relevant notch geometry is tested. The objective of these tests is to investigate the suitability of distinct wood materials for security relevant applications with the occurrence of impact loads. For this purpose the basics of instrumented impact testing and wood-based materials are acquired. The state of the technology and a comprehensive analysis of original studies are subsequently presented. On this basis an own impact pendulum was developed to allow force-acceleration measurement with high sample rates. The apparatus is validated by several methods and the achieved signals are tested for plausibility. A general approach of testing for adequate sample size is implemented and applied to the tested samples. Based on the characteristic values of the static bending and impact bending tests a classification model for material selection and comparison is proposed. The classification model is an integral approach for mechanical performance assessment of wood-based materials. In conclusion a method for impact testing of components (in future studies) is introduced.

Seitdem Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) als Leichtbauwerkstoffe für Hochleistungsanwendungen im Luftfahrzeug-, Automobil- und Sportgerätebau eingesetzt werden, erfolgt dies vorrangig mit Hilfe multiaxialer Mehrlagenlaminate. Vergleichsweise neue Fertigungstechnologien, wie die Tailored Fiber Placement (TFP-)Technologie, eröffnen jedoch die Möglichkeit einer gekrümmten, auch als variabelaxial bezeichneten, Ablage von Verstärkungsfäden. Der zugewonnene Freiheitsgrad, den Verstärkungsfasern an jeder beliebigen Stelle eine neue Richtung zuweisen zu können, bedingt aber auch ein komplexes Verständnis für eine beanspruchungsgerechte Auslegung von Faserverbundbauteilen. Ziel ist es dabei, die Fäden so zu orientieren, dass sie die angreifenden mechanischen Lasten mit einer möglichst gleichmäßigen Beanspruchung übertragen und das notwendige Matrixmaterial nur geringen Belastungen ausgesetzt ist. Nach einer Analyse bestehender theoretischer Auslegungsstrategien werden Vor- und Nachteile von reinen Materialoptimierungsansätzen bzw. in Kombination mit einer vorgeschalteten Topologieoptimierung diskutiert. Experimentelle Nachweise werden am Beispiel einer Zugscheibe mit ungleich breiten Einspannbereichen und einem steifigkeitsdimensionierten Fahrradbauteil (Brake Booster) erbracht. Dabei wird insbesondere das hohe Leichtbaupotential einer topologisch optimierten variabelaxialen FKV-Struktur gegenüber einer multiaxialen Laminatgestaltung herausgestellt. Anhand der TFP-Prozesskette wird deutlich gemacht, dass für eine numerische Auslegung variabelaxialer Strukturbauteile neue Softwarewerkzeuge sowie ein hinreichend genaues Analysemodell notwendig sind. Mit Hilfe des in der vorliegenden Arbeit entwickelten Softwarewerkzeugs AOPS kann die Auslegung beanspruchungsgerechter Strukturbauteile zukünftig effizienter erfolgen. Einen wesentlichen Bestandteil bildet dabei der vorgestellte Modellierungsansatz für die Finite Elemente Analyse. Damit ist es erstmals möglich ausgehend von einem beliebigen TFP-Ablagemuster, die spätere Struktursteifigkeit eines komplexen variabelaxialen TFP-Bauteils vorauszusagen. Der entwickelte Modellansatz konnte anhand der durchgeführten experimentellen Untersuchungen erfolgreich validiert werden.

Die dielektrischen Eigenschaften, also die Interaktion mit elektrischen Feldern, sind ein wichtiger Qualitätsparameter der Matrix in Faserverbundmaterialien und allgemein in Harzen. Sie werden bisher mit Hilfe von kapazitiven Verfahren oder Hochfrequenzverfahren wie z. B. der Mikrowellentechnik gemessen. Allerdings können beide Verfahren nicht an elektrisch leitfähigen Materialien wie Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) eingesetzt werden und auch bei der Anwendung der Methoden an Kunststoffen oder elektrisch isolierenden Faserverbundmaterialien gibt es Nachteile. So benötigt die kapazitive Messtechnik meist eine spezielle Probenpräparation für quantitative Messungen und erreicht eine vergleichsweise schlechte Ortsauflösung beim Permittivitätsmapping. Die vorliegende Arbeit widmet sich daher der Untersuchung einer alternativen, in diesem Kontext neuen Methode zur Charakterisierung dielektrischer Eigenschaften: Die Hochfrequenzwirbelstrommesstechnik, welche bisher zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit und magnetischen Permeabilität genutzt wird, wird theoretisch und praktisch hinsichtlich ihres Anwendungspotentials zur Permittivitätsmessung an Epoxidharzen und Faserverbundwerkstoffen diskutiert. Dabei werden zuerst Grundlagen wie Anwendungsfelder für die Nutzung dielektrischer Eigenschaften von Harzen und Verbundwerkstoffen zur Qualitätssicherung bzw. gängige Messverfahren erläutert. Anschließend wird theoretisch gezeigt, warum dielektrische Eigenschaften auf das Hochfrequenzwirbelstrom (HFWS)-Signal wirken. Dabei werden sowohl die Maxwell-Gleichungen genutzt, als auch Finite Elemente (FE)-Simulationen. Der Schwerpunkt der Forschungsarbeit liegt dann auf der experimentellen Untersuchung der Permittivitätsmessung mittels HFWS. Es werden verschiedene Anwendungsfälle betrachtet: von zeitlich kontinuierlichen Permittitivitätsänderungen (am Beispiel der Aushärtung von Epoxidharzen), über lokale Permittivitätsabweichungen (in Folge von Defekten, Textureigenschaften oder thermischen Überlasten) bis hin zu quantitativen Permittivitätsmessungen (zur Materialcharakterisierung bzw. Alterungsuntersuchung). Dabei kann gezeigt werden, dass es möglich ist, die Permittivität von Faserverbundwerkstoffen und Epoxidharzen mittels HFWS zu charakterisieren, selbst wenn das zu prüfende Material elektrisch nicht leitfähig ist.

Zur Zeit gibt es keinen quantitativen Gesamtüberblick und keinen bundesweiten Vergleich der Zahlen von Studienanfängern, Absolventen mit abgelegter Tierärztlichen Prüfung (TP), Tierärzten mit Approbation sowie Kammermitgliedschaften. Es wird untersucht, wie sich das Verhältnis zwischen der Anzahl der von den veterinärmedizinischen Bildungsstätten erteilten TP zur Anzahl der in Deutschland erteilten Approbationen und diese wiederum zu den bestehenden Pflichtmitgliedschaften in den Landestierärztekammern für den Untersuchungszeitraum der Abschlussjahrgänge 2000 bis 2010 darstellt. Es wurde Datenmaterial der Stiftung für Hochschulzulassung, der fünf veterinärmedizinischen Bildungsstätten, des Deutschen Tierärzteblattes, der Approbationsbehörden und der Zentralen Tierärztedatei Dresden genutzt. Anschließend wurden die Daten mittels Recherche in öffentlichen Medien ergänzt. Insgesamt wurden n = 8036 Personen zur Untersuchung herangezogen, wovon n = 6715 (84 %) auswertbar waren, dabei lag der Frauenanteil stets bei durchschnittlich 82 %. Es zeigte sich, dass die überwiegende Mehrheit (92 %) der auswertbaren Personen ihre Approbation innerhalb der ersten drei Monate nach Bestehen der TP erhielt. 84 % ließen nur maximal drei Monate zwischen Approbationserhalt und Kammerbeitritt vergehen. 75 % der Absolventen bleiben ihrem Ausbildungsland treu bzw. kehren dorthin zurück, eine veterinärmedizinische Hochschule bzw. Fakultät hat somit einen fachkräftebindenden Effekt für das jeweilige Bundesland. Im Bereich der Haupttätigkeitsfelder geht der Trend nach wie vor in Richtung „Praktiker“ (52 %). Personen ohne Berufsausübung bzw. Doktoranden nehmen den zweitgrößten Anteil (17 %) der Tätigkeitsfelder ein. Dabei steht die Einstufung der Doktoranden der Tiermedizin in tierärztlich „Tätige“ oder „nicht Tätige“ zur Diskussion, da diese in Deutschland noch in einer rechtlichen Grauzone liegt. Das Anmeldesystem ausgehend von der Approbationsbeantragung bis zur Kammermitgliedschaft bei den Tierärzten in Deutschland, mit weniger als 3 % nicht registrierter Kammermitgliedschaften sowie weniger als 1 % niemals beantragter Approbationen, funktioniert recht gut. Dies scheint in erster Linie am starken Pflichtbewusstsein der deutschen Tierärzte zu liegen. Lücken in der Zusammenarbeit zwischen Approbationsbehörden und Landestierärztekammern bzw. Fehlerquellen bei der Datenübermittlung fielen bisher nicht auf und die rechtliche Verfolgung von Versäumnissen einzelner Tierärzte spielt in der Kammerverwaltung eine untergeordnete bis gar keine Rolle, da rechtliche Vergehen tatsächlich Ausnahmen darstellen. Dennoch sollten die Datenbasis und auch der Datenfluss zwischen den beteiligten Institutionen vereinheitlicht, verifiziert und auch regelmäßig ausgewertet werden, denn ohne die Anwendung von Kontroll- und Sanktionsmaßnahmen ist die rechtsverbindliche Pflichtmitgliedschaft de facto eine reine Selbstverpflichtung. Eine einheitliche Stellungnahme zum Status der Doktoranden seitens der berufspolitischen Organe ist dringend notwendig. Doktoranden sollten zur Gruppe der tierärztlich „Tätigen“ zählen und der Nachweis der Approbation für alle mit der Promotion einhergehenden Arbeitsschritte Pflicht sein. In Anbetracht einer diesbezüglich bisher fehlenden bundeseinheitlichen Regelung, ist die Frage, ob man in Deutschland ohne Probleme mit fehlender Approbation tierärztlich tätig werden kann, eindeutig mit „ja“ zu beantworten.:Inhaltsverzeichnis I Abkürzungsverzeichnis III 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Approbation 3 2.2 Bedeutung „tätiger“ Tierarzt 5 2.3 Aufgaben und Stellung der Tierärztekammern 6 2.4 Zentrale Tierärztedatei 7 2.4.1 Entstehungsgeschichte und Funktionsweise 7 2.4.2 Aufgaben 8 2.4.3 Die Jahresstatistik der Bundestierärztekammer 8 3 Material und Methodik 10 3.1 Stiftung für Hochschulzulassung 10 3.2 Veterinärmedizinische Bildungsstätten 10 3.3 Deutsches Tierärzteblatt 11 3.4 Approbationsbehörden 11 3.5 Jahresstatistik der Bundestierärztekammer 12 3.6 Datenbasis 12 3.7 Zentrale Tierärztedatei Dresden 12 3.8 Internetrecherche 14 3.9 Angaben zum Datenschutz 14 3.10 Methodenkritik 15 4 Ergebnisse 17 4.1 Allgemeine Datenlage der veterinärmedizinischen Bildungsstätten 17 4.2 Untersuchter Gesamtdatensatz der Approbierten und Repräsentativität der Datenbasis aus dem Deutschen Tierärzteblatt 24 4.3 Zeitspanne zwischen Ablegung der Tierärztlichen Prüfung und Erhalt der Approbation 25 4.4 Zeitspanne zwischen Approbation und Kammermitgliedschaft 26 4.5 Approbation ohne Kammermitgliedschaft 27 4.6 Ergebnisse der Internetrecherche 28 4.6.1 Korrigierte Zahlen zur Approbation ohne Kammermitgliedschaft 28 4.6.2 Weder Kammermitgliedschaft noch Approbation 30 4.7 Tätigkeitsbereiche 31 4.8 Verbleib 32 4.9 Austritt aus der Kammerzugehörigkeit 35 5 Diskussion 36 5.1 Zu den Datensätzen und deren Verarbeitung durch die einzelnen Institutionen 36 5.2 Zu den Datensätzen der Tierärztlichen Prüfungen 37 5.3 Zu den Approbationszahlen 38 5.4 Zum Zeitraum zwischen Tierärztlicher Prüfung und Approbation 39 5.5 Zum Zeitraum zwischen Approbation und Kammermitgliedschaft 40 5.6 Zu den Tätigkeitsbereichen 41 5.7 Zum Verbleib 43 5.8 Zu den „Nichtgemeldeten“ 44 5.8.1 Schwächen der Zentralen Tierärztedatei/Datenerfassung 44 5.8.2 Einflussfaktor „Ausländer“ 45 5.9 Auswirkungen und Konsequenzen bei Verstößen gegen die Approbationspflicht und Kammermitgliedschaft 46 5.10 Situation der Doktoranden – Approbation ein Muss? 49 6 Zusammenfassung 52 7 Summary 54 8 Literaturverzeichnis 56 Anhang 62 Danksagung 75

In the present work a Metal / organic / inorganic semiconductor hybrid heterostructure (Ag / DiMe−PTCDI / GaAs) was built under UHV conditions and characterised in situ. The aim was to investigate the influence of the organic layer in the surface properties of GaAs(100) and in the electrical response of organic−modified Ag / GaAs Schottky diodes. The device was tested by combining surface−sensitive techniques (Photoemission spectroscopy and NEXAFS) with electrical measurements (current−voltage, capacitance−voltage, impedance and charge transient spectroscopies). Core level examination by PES confirms removal of native oxide layers on sulphur passivated (S−GaAs) and hydrogen plasma treated GaAs(100) (H+GaAs) surfaces. Additional deposition of ultrathin layers of DiMe−PTCDI may lead to a reduction of the surface defects density and thereby to an improvement of the electronic properties of GaAs. The energy level alignment through the heterostructure was deduced by combining UPS and I−V measurements. This allows fitting of the I−V characteristics with electron as majority carriers injected over a barrier by thermionic emission as a primary event. For thin organic layers (below 8 nm thickness) several techniques (UPS, I−V, C−V, QTS and AFM) show non homogeneous layer growth, leading to formation of voids. The coverage of the H+GaAs substrate as a function of the nominal thickness of DiMe−PTCDI was assessed via C−V measurements assuming a voltage independent capacitance of the organic layer. The frequency response of the device was evaluated through C−V and impedance measurements in the range 1 kHz−1 MHz. The almost independent behaviour of the capacitance in the measured frequency range confirmed the assumption of a near geometrical capacitor, which was used for modelling the impedance with an equivalent circuit of seven components. From there it was found a predominance of the space charge region impedance, so that A.C. conduction can only takes place through the parallel conductance, with a significant contribution of the back contact. Additionally a non linear behaviour of the organic layer resistance probably due to the presence of traps was deduced. ( ) ω ' R QTS measurements performed on the heterostructure showed the presence of two relaxations induced by deposition of the organic layer. The first one is attributed to the presence of a deep trap probably located at the metal / organic interface, while the second one has very small activation energy ( ~ 20 meV) which are probably due to disorder at the organic film. Those processes with small activation energies proved to be determinant for fitting the I−V characteristics of DiMe−PTCDI organic modified diodes using the expressions of a trapped charge limited current regime TCLC. Such a model was the best analytical approach found for fitting the I−V response. Further improving probably will involve implementation of numerical calculations or additional considerations in the physics of the device.

Die im Rahmen des Sonderforschungsbereiches SFB 920 entstandene Arbeit beschäftigt sich mit bruchmechanischen Vorgängen und der makroskopischen Beschreibung von offenzelligen Keramikschäumen unter Berücksichtigung des Materialverhaltens des Kompaktmaterials mithilfe von numerischen Simulationen. Dabei steht die thermomechanische Belastung einer solchen Struktur während eines Gießprozesses im Vordergrund. Im Rahmen der bruchmechanischen Untersuchungen konnte der Einfluss von verschiedenen Strukturparametern aufgezeigt werden. Die Belastungen entlang der scharfen Kerben im Inneren der Stege ergaben sich dabei als weniger kritisch als entlang der Stegaußenseiten. Das Kriechverhalten des kohlenstoffgebundenen Aluminiumoxides bei Hochtemperatur konnte erfolgreich beschrieben und für Schaumstrukturen angewendet werden. Das vorgeschlagene Modell kann dabei sowohl für virtuell erzeugte Schaumstrukturen als auch für reale Schaumproben angepasst werden. Mithilfe von homogenisierten Materialmodellen basierend auf neuronalen Netzen ergab sich eine drastische Reduzierung der Rechenzeit für komplexe Filterstrukturen. Es ist dabei eine Berücksichtigung von Plastizität und Schädigung für das Kompaktmaterial möglich. / This thesis developed within the collaborative research centre SFB 920 deals with fracture mechanical analyses and the macroscopic description of open-cell ceramic foams considering the material behaviour of the bulk material by means of numerical simulations. In the centre of interest is the thermomechanical loading of such a structure during a casting process. Within the framework of fracture mechanical investigations, the influence of various structural parameters is demonstrated. The loads along the sharp notches inside the struts turned out to be less critical than along the outer surfaces of the struts. The creep behaviour of the carbon-bonded alumina at high temperature were successfully described and the mathematical description is applied to foam structures. The proposed model can be adapted for virtually generated foam structures as well as for real foam samples. Using homogenized material models based on neuronal networks, a drastic reduction of the computing time for complex filter structures was achieved. Meanwhile, it is possible to consider plasticity and damage effects for the bulk material.

Seitdem Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) als Leichtbauwerkstoffe für Hochleistungsanwendungen im Luftfahrzeug-, Automobil- und Sportgerätebau eingesetzt werden, erfolgt dies vorrangig mit Hilfe multiaxialer Mehrlagenlaminate. Vergleichsweise neue Fertigungstechnologien, wie die Tailored Fiber Placement (TFP-)Technologie, eröffnen jedoch die Möglichkeit einer gekrümmten, auch als variabelaxial bezeichneten, Ablage von Verstärkungsfäden. Der zugewonnene Freiheitsgrad, den Verstärkungsfasern an jeder beliebigen Stelle eine neue Richtung zuweisen zu können, bedingt aber auch ein komplexes Verständnis für eine beanspruchungsgerechte Auslegung von Faserverbundbauteilen. Ziel ist es dabei, die Fäden so zu orientieren, dass sie die angreifenden mechanischen Lasten mit einer möglichst gleichmäßigen Beanspruchung übertragen und das notwendige Matrixmaterial nur geringen Belastungen ausgesetzt ist. Nach einer Analyse bestehender theoretischer Auslegungsstrategien werden Vor- und Nachteile von reinen Materialoptimierungsansätzen bzw. in Kombination mit einer vorgeschalteten Topologieoptimierung diskutiert. Experimentelle Nachweise werden am Beispiel einer Zugscheibe mit ungleich breiten Einspannbereichen und einem steifigkeitsdimensionierten Fahrradbauteil (Brake Booster) erbracht. Dabei wird insbesondere das hohe Leichtbaupotential einer topologisch optimierten variabelaxialen FKV-Struktur gegenüber einer multiaxialen Laminatgestaltung herausgestellt. Anhand der TFP-Prozesskette wird deutlich gemacht, dass für eine numerische Auslegung variabelaxialer Strukturbauteile neue Softwarewerkzeuge sowie ein hinreichend genaues Analysemodell notwendig sind. Mit Hilfe des in der vorliegenden Arbeit entwickelten Softwarewerkzeugs AOPS kann die Auslegung beanspruchungsgerechter Strukturbauteile zukünftig effizienter erfolgen. Einen wesentlichen Bestandteil bildet dabei der vorgestellte Modellierungsansatz für die Finite Elemente Analyse. Damit ist es erstmals möglich ausgehend von einem beliebigen TFP-Ablagemuster, die spätere Struktursteifigkeit eines komplexen variabelaxialen TFP-Bauteils vorauszusagen. Der entwickelte Modellansatz konnte anhand der durchgeführten experimentellen Untersuchungen erfolgreich validiert werden.

Die zerstörungsfreie Ultraschallprüfung von akustisch anisotropen Werkstoffen stellt auch heute noch eine Herausforderung dar. Die Gefügestruktur in solchen Materialien beeinflusst die Wellenausbreitung derart, dass es zum einen zu starken Streuungen durch die großflächigen Korngrenzen und zum anderen, aufgrund der akustischen Anisotropie, zu einer Richtungsabhängigkeit der Schallgeschwindigkeiten kommt. In den vergangenen Jahren wurden bereits Lösungsansätze zur mathematischen Modellierung der Schallausbreitung in anisotropen Materialien vorgestellt. Diese basieren in der Regel auf FEM- bzw. FIT- Algorithmen, die durch die Diskretisierung des gesamten Volumens einen hohen Rechenaufwand erfordern und in der täglichen Prüfpraxis aufgrund ihrer Komplexität bei der Parametrierung nur bedingt einsetzbar sind. Aus diesem Grund wird hier ein Ansatz zur Schallfeldberechnung gewählt, der auf die praktische Anwendung von Gruppenstrahler-Prüfköpfen zugeschnitten ist. Während sich andere Verfahren auf einzelne Wellenanteile und monofrequente Lösungen beschränken, um den Rechenaufwand zu reduzieren, können mit diesem Ansatz die reale Signalform des Prüfkopfes sowie alle auftretenden Wellenanteile in homogenen transversalisotropen Medien berücksichtigt werden. Durch entsprechende Optimierungen im Berechnungsalgorithmus lässt sich das gesamte vierdimensionale Schallfeld eines Gruppenstrahler-Prüfkopfes im Halbraum in kürzester Zeit berechnen. Die analytische Lösung der Wellengleichung für den Halbraum in Form einer Greenschen Funktion wird dabei in eine Gleichung umgeformt, die hier als vierdimensionale Punktrichtwirkung bezeichnet wird. Dieser Modellansatz ermöglicht es, die Parameter eines Gruppenstrahlersystems in der praktischen Anwendung zu überprüfen und durch iterative Rechnungen zu optimieren. Mit Hilfe einer einfach zu handhabenden Visualisierungstechnik ist es möglich diesen Modellansatz mit realen Schallfeldmessungen zu vergleichen. Dazu werden mit elektrodynamischen Sonden die einzelnen Komponenten des dreidimensionalen Vektors der Teilchenverschiebung an der Oberfläche von Festkörpern abgetastet. Die an den Messpunkten ermittelten Zeitfunktionen des Verschiebungsvektors werden dann dem berechneten Zeitverlauf der Wellenausbreitung gegenübergestellt. Die berechneten und gemessenen Schallfelder stimmen in der Phasenlage und im Amplitudenverlauf gut überein. Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem verwendeten Rechenmodell alle in der Realität auftretenden Wellenanteile vollständig berücksichtigt werden und dreidimensionale Problemstellungen aus der Praxis mit diesem Modell korrekt berechnet werden können. / The non-destructive ultrasonic testing of acoustic anisotropic materials is an important challenge. The texture of these materials causes a strong scattering of the sound wave by the extensive grain boundaries and a direction dependent sound velocity by the acoustic anisotropy. Several approaches for the modelling of the sound propagation in anisotropic materials were presented in the last years. These approaches are normally based on FEM or FIT algorithms using a discretisation of the complete volume. Their calculation needs extensive time and a very complex parameterisation. Thus these algorithms are not suitable in practice of ultrasonic testing. In this work an approach is presented that is optimised for the application of phased array transducers. The new approach considers the real frequency spectrum of the transducer as well as all occurring wave modes in homogeneous transversely isotropic media, whereas other approaches are limited to solutions for single wave modes and single frequencies to reduce the calculation effort. The appropriate optimisations of the mathematical algorithm allow the fast calculation of the complete four-dimensional transient wave field of a phased array transducer in the half-space. The Green’s functions are derived by an analytical solution of the elastodynamic wave equation for the half-space. These functions will be transformed into an equation which will be referred to in this work as four-dimensional directivity pattern. This approach allows the verification of the parameters of a phased array system and their optimisation by iterative calculations in the practical application. To get accurate results in these calculations, the experimental verification of the applied mathematical model for the wave propagation is an essential task. The technique presented in this work applies electrodynamic probes, which provides a simple use. The probes can detect the particle displacement at a solid surface in all three spatial directions. The measured time-functions of the wave field will be compared with the calculated time-functions. They show a good accordance in the phase and the amplitude. This confirms that the applied mathematical model considers completely all in practice occurring wave modes. The results further show that three-dimensional problems in practice can be calculated correctly with this model.

Die dielektrischen Eigenschaften, also die Interaktion mit elektrischen Feldern, sind ein wichtiger Qualitätsparameter der Matrix in Faserverbundmaterialien und allgemein in Harzen. Sie werden bisher mit Hilfe von kapazitiven Verfahren oder Hochfrequenzverfahren wie z. B. der Mikrowellentechnik gemessen. Allerdings können beide Verfahren nicht an elektrisch leitfähigen Materialien wie Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) eingesetzt werden und auch bei der Anwendung der Methoden an Kunststoffen oder elektrisch isolierenden Faserverbundmaterialien gibt es Nachteile. So benötigt die kapazitive Messtechnik meist eine spezielle Probenpräparation für quantitative Messungen und erreicht eine vergleichsweise schlechte Ortsauflösung beim Permittivitätsmapping. Die vorliegende Arbeit widmet sich daher der Untersuchung einer alternativen, in diesem Kontext neuen Methode zur Charakterisierung dielektrischer Eigenschaften: Die Hochfrequenzwirbelstrommesstechnik, welche bisher zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit und magnetischen Permeabilität genutzt wird, wird theoretisch und praktisch hinsichtlich ihres Anwendungspotentials zur Permittivitätsmessung an Epoxidharzen und Faserverbundwerkstoffen diskutiert. Dabei werden zuerst Grundlagen wie Anwendungsfelder für die Nutzung dielektrischer Eigenschaften von Harzen und Verbundwerkstoffen zur Qualitätssicherung bzw. gängige Messverfahren erläutert. Anschließend wird theoretisch gezeigt, warum dielektrische Eigenschaften auf das Hochfrequenzwirbelstrom (HFWS)-Signal wirken. Dabei werden sowohl die Maxwell-Gleichungen genutzt, als auch Finite Elemente (FE)-Simulationen. Der Schwerpunkt der Forschungsarbeit liegt dann auf der experimentellen Untersuchung der Permittivitätsmessung mittels HFWS. Es werden verschiedene Anwendungsfälle betrachtet: von zeitlich kontinuierlichen Permittitivitätsänderungen (am Beispiel der Aushärtung von Epoxidharzen), über lokale Permittivitätsabweichungen (in Folge von Defekten, Textureigenschaften oder thermischen Überlasten) bis hin zu quantitativen Permittivitätsmessungen (zur Materialcharakterisierung bzw. Alterungsuntersuchung). Dabei kann gezeigt werden, dass es möglich ist, die Permittivität von Faserverbundwerkstoffen und Epoxidharzen mittels HFWS zu charakterisieren, selbst wenn das zu prüfende Material elektrisch nicht leitfähig ist.