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Foto: Universität Paderborn

Dr.-Ing. Manuel Webersen

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Publikationen
Dr.-Ing. Manuel Webersen

Elektrische Messtechnik (EMT)

Ehemaliger - Wissenschaftlicher Mitarbeiter 11/2014 - 02/2021


Liste im Research Information System öffnen

2021

Investigating peculiarities of piezoelectric detection methods for acoustic plate waves in material characterisation applications

L. Claes, H. Schmiegel, C. Grünsteidl, S. Johannesmann, M. Webersen, B. Henning, tm - Technisches Messen (2021), 88(3), pp. 147-155

Acoustic waves in plates have proven a viable tool for testing and material characterisation purposes. There are a multitude of options for excitation and detection of theses waves, such as optical and piezoelectric systems. While optical systems, with thermoelastic excitation and interferometric detection, have the benefit of being contactless, they usually require rather complex and expensive experimental setups. Piezoelectric systems are more easily realised but require direct contact with the specimen and usually have a limited bandwidth, especially in case of piezoelectric excitation. In this work, the authors compare the properties of piezoelectric and optical detection methods for broad-band acoustic signals. The shape (e. g. the displacement) of a propagating plate wave is given by its frequency and wave number, allowing to investigate correlations between mode shapes and received signal strengths. This is aided by evaluations in normalised frequency and wavenumber space, facilitating comparisons of different specimens. Further, the authors explore possibilities to utilise the specific properties of the detection methods to determine acoustic material parameters.


Zerstörungsfreie Charakterisierung der elastischen Materialeigenschaften thermoplastischer Polymerwerkstoffe mittels Ultraschall

M. Webersen, Universitätsbibliothek Paderborn, 2021

Die präzise Kenntnis der Eigenschaften verwendeter Materialien hat große Bedeutung für den Entwurf technischer Systeme aller Art, aber auch für die Überwachung solcher Systeme im Betrieb. Für verschiedene physikalische Eigenschaften, Betriebsbedingungen und Materialklassen werden daher geeignete messtechnische Verfahren zur Materialcharakterisierung benötigt. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur ultraschallbasierten Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von homogenen und faserverstärkten thermoplastischen Polymeren unter Berücksichtigung der Richtungsabhängigkeit vorgestellt. Plattenförmige Probekörper werden dazu mittels Laser-Pulsen hoher Energie breitbandig angeregt und die resultierenden akustischen Lamb-Wellen aufgezeichnet. Auf Basis der dispersiven Eigenschaften der detektierten Wellenleitermoden werden in einem inversen Verfahren die Parameter eines linear-elastischen Materialmodells identifiziert. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur vollständigen Charakterisierung der Richtungsabhängigkeit in orthotropen Materialien wie Faserverbundwerkstoffen unter Verwendung eines zweidimensionalen Simulationsmodells vorgestellt. Das Messverfahren wird anhand einer Untersuchungsreihe an künstlich gealterten Polymer- und Faserverbundwerkstoffen verifiziert und die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den quasistatischen Fall betrachtet. Im Vergleich mit den Ergebnissen mechanischer Zugversuche werden die Voraussetzungen und Einschränkungen, insbesondere durch die Annahme eines ideal-elastischen Materialmodells, diskutiert.


Measurement and Simulation of Lamb Waves in Adhesive-bonded Multilayer Systems

H. Zeipert, L. Claes, S. Johannesmann, M. Webersen, Y. Lugovtsova, J. Prager, B. Henning, 2021, pp. 91 - 92

DOI


pyfds 0.1.4 - modular field simulation tool

L. Claes, M. Webersen. pyfds 0.1.4 - modular field simulation tool. 2021.


2020


The Influence of Hydrothermal Aging on the Material Properties of Continuous Fiber-Reinforced Thermoplastics and its Non-Destructive Characterization

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, in: Advances in Polymer Processing 2020, Springer, 2020

DOI


Determination of Murnaghan constants of plate-shaped polymers under uniaxial tensile load

S. Johannesmann, S. Becker, M. Webersen, B. Henning, in: SMSI 2020 - Measurement Science, 2020

DOI


Analoge Klangsynthese zur Vermittlung von Grundkenntnissen der Signalverarbeitung an Studierende nicht-technischer Fachrichtungen

M. Krumme, M. Webersen, L. Claes, Y. Webersen, in: Fortschritte der Akustik - DAGA 2020, 2020, pp. 542-545


2019

Characterization of the linear-acoustic material behavior of fiber-reinforced composites using lamb waves

S. Johannesmann, M. Webersen, J. Düchting, L. Claes, B. Henning, in: 45th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation , 2019

DOI


Akustische Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften künstlich gealterter Polymere

M. Webersen, M. Hüttner, F. Woitschek, E. Moritzer, B. Henning, in: Fortschritte der Akustik - DAGA 2019, 2019


2018

An acoustic waveguide-based approach to the complete characterisation of linear elastic, orthotropic material behaviour

S. Johannesmann, J. Düchting, M. Webersen, L. Claes, B. Henning, tm - Technisches Messen (2018), 2018(85), pp. 478-486

DOI


Acoustic material characterization of prestressed, plate-shaped specimens

S. Johannesmann, T. Brockschmidt, F. Rump, M. Webersen, L. Claes, B. Henning, in: Sensoren und Messsysteme, VDE Verlag GmbH, 2018, pp. 231-234


Guided ultrasonic waves for determining effective orthotropic material parameters of continuous-fiber reinforced thermoplastic plates

M. Webersen, S. Johannesmann, J. Düchting, L. Claes, B. Henning, Ultrasonics (2018), 84, pp. 53-62

DOI


Akustische Charakterisierung der richtungsabhängigen elastischen Eigenschaften faserverstärkter Kunststoffe

M. Webersen, S. Johannesmann, J. Düchting, L. Claes, B. Henning, in: Fortschritte der Akustik - DAGA 2018, 2018, pp. 1263-1266


Einfluss mechanischer Vorspannung auf das mechanische Materialverhalten von Polymeren

M. Webersen, S. Johannesmann, T. Brockschmidt, F. Rump, L. Claes, B. Henning, 2018


2017

Viskoelastizität und Anisotropie von Kunststoffen: Ultraschallbasierte Methoden zur Materialparameterbestimmung

F. Bause, L. Claes, M. Webersen, S. Johannesmann, B. Henning, tm - Technisches Messen (2017), 84(3)

DOI


Acoustic Material Characterization of Additively Manufactured Components

L. Claes, A. Jäger, S. Johannesmann, M. Webersen, M. Kupnik, B. Henning, in: PROCEEDINGS -- AMA Conferences 2017, AMA Service GmbH, 2017, pp. 605-610

DOI


Evaluating the Influence of 3D-Printing Parameters on Acoustic Material Properties

A. Jäger, S. Johannesmann, L. Claes, M. Webersen, B. Henning, M. Kupnik, in: 2017 IEEE IUS~Proceedings, 2017


Inverser Ansatz zur akustischen Charakterisierung plattenförmiger Materialproben

S. Johannesmann, L. Claes, M. Webersen, B. Henning, in: Fortschritte der Akustik - DAGA 2017, Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. 2017, 2017, pp. 999-1002


Ultrasonic measurements in the characterization of viscoelasticity and aging of polymers

F. Bause, L. Claes, M. Webersen, B. Henning, in: PROCEEDINGS -- AMA Conferences 2017, 2017, pp. 414

DOI



2016

An Approach to Non-Destructive Testing of Aged Polymers

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, in: 32nd International Conference of the Polymer Processing Society (PPS), 2016


Detecting Molecular Damage - Non-Destructive Characterization of Molecular Changes in Aged Polymers

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, Kunststoffe international (2016)(10. Jg. Heft 4), pp. 43-45


Ein Ansatz zur zerstörungsfreien Prüfung von hydrothermisch gealterten Polymeren

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, in: Safe and Reliable Structures, 2016


Molekularen Schäden auf der Spur - Zerstörungsfreie Charakterisierung molekularer Veränderungen in gealterten Polymeren

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, Kunststoffe (2016)(106. Jg. Heft 6), pp. 94-96


Non-Destructive Characterization of Hygrothermally Aged Polymers

V. Schöppner, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, in: 74th Annual Technical Conference of the Society of Plastics Engineers (ANTEC), 2016


The Development of a Non-Destructive Testing Method for the Characterization of Hygrothermally Aged Polymers

E. Moritzer, I. Fiebig, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, in: 69th Annual Assembly of the International Institute of Welding (IIW), 2016


Ultraschallbasierte Charakterisierung von gealterten Polymeren

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, Jahresmagazin Kunststofftechnik (2016), pp. 98-103


Zerstörungsfreie Charakterisierung des hydrothermischen Alterungsverhaltens von Polymeren

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, in: 18. GMA/ITG Fachtagung Sensoren und Messsysteme, 2016


Ultrasonic transmission measurements in the characterization of viscoelasticity utilizing polymeric waveguides

F. Bause, J. Rautenberg, N. Feldmann, M. Webersen, L. Claes, H. Gravenkamp, B. Henning, Measurement Science and Technology (2016), 27(10)

DOI


Characterization of Continuous-fiber Reinforced Thermoplastics Using Thermoacoustically Excited Ultrasonic Lamb Waves

M. Webersen, S. Johannesmann, L. Claes, B. Henning, in: 2016 IEEE IUS~Proceedings, 2016


An Approach to Non-Destructive Testing of Aged Polymers

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, 2016


Molekularen Schäden auf der Spur

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, Kunststoffe (2016)(4), pp. 94-96


Detecting Molecular Damage

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, Kunststoffe International (2016)(4), pp. 43-45


Non-destructive characterization of hygrothermally aged polymers

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, 2016


Ultraschallbasierte Charakterisierung von gealterten Polymeren

E. Moritzer, M. Hüttner, B. Henning, M. Webersen, in: Jahresmagazin Kunststofftechnik 2016, 2016, pp. 2-7


Zerstörungsfreie Charakterisierung des hydrothermischen Alterungsverhaltens von Polymeren

M. Webersen, M. Hüttner, F. Bause, E. Moritzer, B. Henning, 2016, pp. 683-688

In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung sind bereits zahlreiche Verfahren etabliert, deren Ziel die Detektion makroskopischer Defekt- und Fehlstellen (z.B. Risse, Poren, Fremdeinschlüsse) ist. Insbesondere bei Polymerwerkstoffen muss jedoch auch die Materialalterung auf molekularer Ebene berücksichtigt werden, die sich (zumeist negativ) auf die Materialkenngrößen auswirkt. Gängige Verfahren zur Bestimmung dieser Kenngrößen arbeiten jedoch üblicherweise zerstörend und sind somit beispielsweise für die vorbeugende Instandhaltung oder die Online-Komponentenüberwachung nur eingeschränkt geeignet. In diesem Beitrag wird ein Verfahren zur zerstörungsfreien Charakterisierung des Alterungszustandes von Polymeren vorgestellt. Dazu wird der Zusammenhang zwischen akustisch (zerstörungsfrei, mittels Ultraschall-Transmissionsmessung) bestimmten Kenngrößen und klassisch (zerstörend, z.B. mittels Zugprüfung) bestimmten hydrothermischer Alterung auf das Material Polyamid 6 (PA6) untersucht. Die Ergebnisse Kenngrößen betrachtet. Exemplarisch werden die Auswirkungen zeigen einen engen Zusammenhang zwischen der zerstörend bestimmten Viskositätszahl, die ein Maß für die mittlere Molekülkettenlänge darstellt, und der akustischen Longitudinalwellengeschwindigkeit. Das Molekülkettenabbau (Depolymerisation) bestimmt ist, kann somit auch akustisch und zerstörungsfrei charakterisiert werden. Auf dieser Basis können neuartige, zerstörungsfrei arbeitende Messsysteme entwickelt werden.


2015


Identification of temperature-dependent model parameters of ultrasonic piezo-composite transducers

M. Webersen, F. Bause, J. Rautenberg, B. Henning, in: AMA Conferences 2015, 2015, pp. 195-200

When performing measurements, the effects of the measurement system itself on the measured data generally must be eliminated. Consequently, those effects, i.e. the system’s dynamic behavior, need to be known. For the piezo-composite transducers in an ultrasonic transmission line, a model based approach is used to describe their dynamic behavior and take into account its dependence on the environment temperature and the acoustic impedance of the target medium. Temperature-dependent model parameters are presented, which are obtained by performing a multiplepart identification process on the transducer model, based on electrical impedance measurements [1]. The identification process uses an inverse approach for optimizing a subset of the model parameters. Additionally, algorithmic differentiation methods are used to determine accurate derivatives. In a final optimization step, impedance measurements taken at different temperatures are used to determine the temperature dependencies of the model parameters. These can then be used to assess the plausibility of the identification results. Additionally, the parameters can be expressed as polynomials in the temperature to take different operating conditions into account.



2014



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