Forschungszentrum Ultraschall gGmbH

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Forschungszentrum Ultraschall gGmbH
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Hochschule Merseburg


Modellierung und Simulation

Modellierung der effektiven Eigenschaften von Kompositen

Die effektiven Materialeigenschaften von piezoelektrischen Keramik-Polymer-Kompositen können mit Hilfe von analytischen Näherungslösungen berechnet werden. Im Forschungszentrum steht dafür eine selbstentwickelte Software zur Verfügung, die aus der Fachliteratur bekannte, aber auch eigene Modelle verwendet. Das Programm erlaubt neben der Auswahl verschiedener Konnektivitäten (1-3, 1-3-2, 1-3-0) den Zugriff auf eine Materialdatenbank, die ausschließlich kommerziell erhältliche Piezokeramiken und Polymere enthält. Es werden weiterhin die akustischen Eigenschaften wie Kopplungsfaktor, Frequenzkonstanten und akustische Impedanz berechnet.

Die Software kann zur Optimierung der Herstellungsparameter für Dice-and-fill-Komposite verwendet werden, sowie die effektiven Materialparametersätze für weitergehende Modellierungen (z.B. Wandlerdesign) liefern.

 

Zur Konnektivität

Zur Einteilung der piezoelektrischen Komposite hinsichtlich ihrer inneren Struktur wird der Begriff der Konnektivität (nach Newnham) verwendet. Die Bezeichnung 1-3 Komposit beschreibt zum Beispiel eine Struktur, in der die piezoelektrische Komponente in einer Raumrichtung (1 Dimension) den Komposit durchzieht. Dies kann in Form von Stäbchen, Zylindern oder Fasern erfolgen, die in einer Matrix eingebettet sind. Diese (meist nicht piezoelektrische) Matrix verbindet in allen drei Raumrichtungen (3-dimensional) die Begrenzungsflächen des Komposits.

1-3 Komposit 1-3-2 Komposit 1-3-0 Komposit
1-3 1-3-2 1-3-0