Bildung und Ausbreitung von Ein- und Mehrfachrissen in Piezoelektrika infolge elektrisch gesteuerter Umpolung: Modellierung

• Applicant: Dr. Hans-Achim Bahr
• Subject Area: Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
• Term: from 1998 to 2002
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5149348

Ziel des Projektes ist die Aufklärung relevanter Schädigungsmechanismen durch Ein- und Mehrfachrißausbreitung infolge von Dehnungsinkompatibilitäten, wie sie in piezoelektrischen Systemen, z.B. Mehrschichtaktuatoren, durch Polung oder Umpolung auftreten. Modellexperimente an der TU Darmstadt/I/und der TU Hamburg-Harburg/2/ mit einer Vielfalt zu beobachtender Rißausbreitungsphänomene werden mittels FEM bruchmechanisch analysiert. Schwerpunkt ist im 2. Jahr der detaillierte Vergleich zwischen den experimentellen und theoretischen Ergebnissen. Die durch Umpolung hervorgerufene Änderung der remanenten Dehnung bzw. Schrumpfung liefert die wesentliche Belastung und den Schlüssel für die Modellierung und wird aus Verschiebungsmessungen in Darmstadt ermittelt. Analysiert werden die kritischen elektrischen Belastungen für Aktivierung, Umlenkung, gerade und oszillierende Ausbreitung nichtleitender Risse sowie die durch Rißausbreitung bedingte Schädigung (Endrißlängen, Rißtiefe und Rißdichte). Der morphologische Phasenübergang zwischen gerader und oszillierender Rißausbreitung wird als ein sensibler Indikator für das Rißausbreitungskriterium angesehen. Mit diesem Projekt soll ein Beitrag zur Bewertung der elektrischen Belastbarkeit piezoelektrischer Systeme geleistet werden.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 734: Multifunktionswerkstoffe
• Participating Persons: Professorin Dr. Ute Bahr; Professor Dr.-Ing. Herbert Balke