A model-based measurement procedure for the characterization of frequency-dependent material properties of piezoceramics using a singleton specimen
Final Report Abstract
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.
Publications
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A sensitivity-based optimisation procedure for the characterisation of piezoelectric discs. Proceedings of Meetings on Acoustics, 38(2019), 030004. ASA.
Feldmann, Nadine; Jurgelucks, Benjamin; Claes, Leander & Henning, Bernd
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Inverse piezoelectric material parameter characterization using a single disc-shaped specimen. tm - Technisches Messen, 87(s1), s50-s55.
Feldmann, Nadine; Schulze, Veronika; Claes, Leander; Jurgelucks, Benjamin; Walther, Andrea & Henning, Bernd
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A10.1 Optimised Multi-Electrode Topology for Piezoelectric Material Characterisation. SMSI 2021 - Measurement Science, 237-238. AMA Service GmbH, Von-Münchhausen-Str. 49, 31515 Wunstorf, Germany.
Claes, L.; Feldmann, N.; Henning, B.; Jurgelucks, B.; Schulze, V.; Schmidt, S. & Walther, A.
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Existence, uniqueness and regularity of piezoelectric partial differential equations. Applicable Analysis, 101(18), 6668-6689.
Jurgelucks, Benjamin; Schulze, Veronika & Lahmer, Tom
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Modelling damping in piezoceramics: A comparative study. tm - Technisches Messen, 88(5), 294-302.
Feldmann, Nadine; Schulze, Veronika; Claes, Leander; Jurgelucks, Benjamin; Meihost, Lars; Walther, Andrea & Henning, Bernd
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Optimal experiment design with respect to electrode configurations for a piezoelectric problem. GAMM Annual Meeting. Kassel, 2021
V. Schulze, S. Schmidt, B. Jurgelucks, N. Feldmann & L. Claes
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Piezoelectric BC Modeling for Electrode Shapes with OED. GAMM Juniors’ Summer School. Graz, 2021
V. Schulze, S. Schmidt, B. Jurgelucks, N. Feldmann & L. Claes
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„Ein modellbasiertes Messverfahren zur Charakterisierung von Piezokeramiken unter Verwendung eines einzelnen scheibenförmigen Probekörpers“. Dissertation. Universität Paderborn
N. Feldmann
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„Identification of piezoelectric material parameters using optimised multi-electrode specimens“. In: Fortschritte der Akustik - DAGA 2022. Hrsg. von Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. 2022, S. 1326–1329
L. Claes, N. Feldmann, V. Schulze, B. Jurgelucks, A. Walther & B. Henning
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Inverse procedure for measuring piezoelectric material parameters using a single multi-electrode sample. Journal of Sensors and Sensor Systems, 12(1), 163-173.
Claes, Leander; Feldmann, Nadine; Schulze, Veronika; Meihost, Lars; Kuhlmann, Henrik; Jurgelucks, Benjamin; Walther, Andrea & Henning, Bernd
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Inverse procedure for the identification of piezoelectric material parameters supported by dense neural networks. GAMM Annual Meeting. Dresden, 2023
L. Claes, L. Meihost & B. Jurgelucks
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„Modeling and Optimization of Electrode Configurations for Piezoelectric Material“. Dissertation. Humboldt-Universität zu Berlin
V. Schulze
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„Parameter Identification of Piezoelectrics improved by Neural Networks“. In: GAMM Annual Meeting, Dresden. 2023
B. Jurgelucks
