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Ein modellbasiertes Messverfahren zur Charakterisierung der frequenzabhängigen Materialeigenschaften von Piezokeramiken unter Verwendung eines einzelnen Probekörperindividuums

Fachliche Zuordnung Messsysteme
Förderung Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321120716
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt wurde ein Messverfahren entwickelt, welches die Bestimmung aller relevanten Materialparameter an einem einzelnen scheibenförmigen Probekörper ermöglicht. Da für einfache Elektrodenanordnungen eine hinreichend hohe Sensitivität bezüglich aller Materialparameter nicht gewährleistet ist, wurden Verfahren der Topologieoptimierung und des optimal experiment design genutzt, um eine optimale Elektrodentopologie zu bestimmen. Für diese komplexeren Elektrodenanordnungen kann nun jedoch keine analytische Lösung mehr gefunden werden. Daher kommt ein inverses Messverfahren zum Einsatz, welches basierend auf einem numerischen Modell dient entsprechenden Modellparameter so optimiert, bis Messung und Simulation bestmöglich übereinstimmen. Als Messgröße wird die elektrische Impedanz gewählt, da diese einfach und robust zu bestimmen ist. Ein entsprechendes automatisiertes Messsystem für die durchzuführende Messung für piezokeramische Scheiben mit mehreren Elektroden wurde entworfen und realisiert. Damit das numerische Modell die Messung gut abbilden kann, ist es notwendig, das Dämpfungsverhalten der Piezokeramik mathematisch abzubilden. Hierzu wurde untersucht, welches Dämpfungsmodell das in der Messung beobachtete Verhalten hinreichend wiedergeben kann. Dabei konnte festgestellt werden, dass jeweils ein frequenzabhängiges Dämpfungsmodell für unterschiedliche Eigenbewegungen die besten Ergebnisse erzielt. Somit steht am Ende dieses Projektes ein Messverfahren, welches in der Lage ist, mit Hilfe einer optimierten Elektrodentopologie und einem angepassten Dämpfungsmodell mit nur einer einzelnen Impedanzmessung an einem uniken Probekörper den vollständigen und konsistenten Materialparametersatz einer Piezokeramik zu bestimmen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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