Anisotrope Zirkoniumlegierungen charakterisiert mittels Materialmodellen und geführter Wellen

Abstract

Rohre aus Zirkoniumlegierungen werden in Kernreaktoren eingesetzt. Um diese zuverlässig und zerstörungsfrei mit Ultraschall zu prüfen, ist die Kenntnis der anisotropen Steifigkeitsparameter erforderlich. Anhand der gemessenen kristallografischen Textur kann auf den Steifigkeitstensor geschlossen werden. Zwei Modelle basierend auf unterschiedlichen extremen Bedingungen existieren hierfür: das Reuss- und das Voigt-Modell. In der Praxis sind die mechanischen Zwangsbedingungen nicht ideal, was zu Steifigkeitswerten zwischen den beiden Modellen führt. In diesem Beitrag wird mittels eines Inversen Verfahrens basierend auf geführten Wellen in der Rohrwand auf den Mischungsparameter zwischen den beiden Modellen geschlossen. Dabei ergeben sich sowohl die Eleganz als auch die Einschränkungen der Methodik aus der Reduktion der 21 Materialkonstanten auf lediglich einen freien Parameter durch die Materialmodelle. Für die Inversion wird sowohl ein effizientes Modell als auch eine Messung der geführten Wellenausbreitung benötigt. Ersteres basiert auf effizienten Spektralen Elementen in zylindrischer Geometrie. Die Messung der Dispersionscharakteristik erfolgt vollständig kontaktlos mittels Laser-basierter Anregung und interferometrischer Erfassung der normalen Oberflächengeschwindigkeit. Um möglichst viel Information über das anisotrope Material bei der Inversion zu berücksichtigen, wird sowohl die axiale als auch die umlaufende Wellenausbreitung untersucht.