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Projekt
Angepasste ableitungsbasierte Optimierung zur Charakterisierung des thermopiezoelektrischen Materialverhaltens
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Benjamin Jurgelucks; Professorin Dr. Andrea Walther
Fachliche Zuordnung
Messsysteme
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444955436
Auch heutzutage stellt die zuverlässige Charakterisierung der Materialparameter von Piezokeramiken noch eine erhebliche Herausforderung dar. Aufgrund des bevorstehenden Wechsels auf bleifreie Varianten ist diese jedoch von erheblicher Bedeutung für praktische Anwendungen. Aus mathematischer Sicht ist damit ein inverses Problem zu lösen, um die Materialparameter unter expliziter Berücksichtigung eines nichtlinearen Verhaltens zu bestimmen. Das Ziel des Teilprojektes OPT ist zunächst die theoretische Analyse des resultierenden Optimierungsproblems, um ein Adjungierten-Kalkül entwickeln zu können. Da hierfür auch die Eigenschaften der Zustandsgleichungen von erheblicher Bedeutung sind, erfolgt diesbezüglich eine intensive Zusammenarbeit mit den Teilprojekten MESS und ANA. Aufbauend auf diese theoretischen Erkenntnisse sollen angepasste Optimierungsansätze zur Bestimmung der Materialparameter piezokeramischer Werkstoffe für Leistungsschallanwendungen entwickelt und analysiert werden. Da ableitungsbasierte Optimierungsverfahren zum Einsatz kommen sollen, liegt ein Fokus dabei insbesondere auf der effizienten Berechnung von konsistenten Ableitungsinformationen mit Hilfe des Algorithmischen Differenzierens im Rahmen eines "discretize-then-optimize"-Ansatzes. Um der inhärenten Schlecht-Gestelltheit von inversen Problemen zu begegnen, bilden die Gewinnung von geeigneten Startwerten sowie insbesondere auch die Herleitung von angepassten Regularisierungsstrategien weitere Schwerpunkte der vorgesehenen Arbeiten. Die erarbeiteten Ansätze werden in einer engen Kooperation im Rahmen des Teilprojektes SIM in das HighPerMeshes-Framework integriert, wodurch auch eine Nutzung der Forschungsergebnisse über die in diesem Vorhaben betrachteten Anwendungen hinaus vorbereitet wird. Während der gesamten Laufzeit entwickelt die Forschungsgruppe eine Hierarchie von Modellproblemen. Damit kann laufend die Validierung der Optimierungsansätze mit Problemen variierender Schwierigkeit erfolgen. Abschließend werden mit den Teilprojekten SIM und MESS die erarbeiteten Methoden zur Charakterisierung eines möglichst realitätsnahen Modells verwendet. Damit soll auch eine Beschreibung des nichtlinearen Verhaltens mit wenigen vereinfachten Größen erzielt werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
