Be­stim­mung kom­ple­xer akus­ti­scher Ma­te­ri­al­kenn­grö­ßen

DFG Projektnummer:

222271124

Kurzfassung:

Das für 3 Jahre durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft geförderte Projekt BeKAM (Bestimmung komplexer akustischer Materialkenngrößen) konnte Anfang des Jahres abgeschlossen werden. Ziel des Forschungsvorhabens war die Realisierung eines ultraschallbasierten Messsystems zur Materialparameterbestimmung viskoelastischer polymerer Werkstoffe. Der zunehmende Einsatz solcher Werkstoffe führt im Bereich der ultraschallbasierten Mess- und Prüftechnik sowohl zu neuen Möglichkeiten als auch zu erschwerenden Faktoren. So bieten Kunststoffe erheblich mehr Freiheitsgrade bei der synergetischen Gestaltung konstruktiver sowie akustisch funktionaler Elemente. Nachteilig sind ihre deutlich komplexeren akustischen Eigenschaften. Die frequenz- und meist richtungsabhängige Schallgeschwindigkeit, Dämpfung und Kennimpedanz variieren, anders als bei Metallen, deutlich mit der Temperatur, dem Alter oder dem Wassergehalt. Die Bandbreite dieser Schwankungen galt es im Vorfeld der Entwicklung zu erfassen und bspw. bei der Dimensionierung eines ultraschallbasierten Sensors oder der Beurteilung eines polymeren Prüfkörpers zu berücksichtigen. Solche Materialkenngrößen sind gegenwärtig weder standardisiert noch im notwendigen Umfang verfügbar. Mit einem wellenleiter-basierten Messverfahren wurden alle akustisch relevanten Materialkenngrößen anhand einer einzigen vorkonditionierten, standardisierten Probe bestimmt. Der Hauptanspruch lag dabei in der Berücksichtigung zeitkausaler Modellierung transienter Schallausbreitung auf Ebene der Materialgleichung im Frequenzbereich. Ansatz des Messsystems war die Nutzung der geometrie- und materialspezifischen Dispersion im Wellenleiter. In einem inversen Verfahren wurde dann, bei separat gemessener Geometrie, auf die Materialparameter einer Probe geschlossen.

Projektlaufzeit:

2012 bis 2015

An­sprech­part­ner

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Dmitrij Dreiling

Elektrische Messtechnik (EMT)

Materialparameterbestimmung, Inverse Messverfahren

E-Mail schreiben +49 5251 60-4012

Pro­jekt­be­zo­ge­ne Pu­bli­ka­ti­o­nen

Methoden zur Zeit-Frequenz-Analyse bei der Untersuchung dispersionsbehafteter Signale

F. Bause, J. Rautenberg, N. Feldmann, L. Claes, B. Henning, Methoden zur Zeit-Frequenz-Analyse bei der Untersuchung dispersionsbehafteter Signale, DEGA-Symposium, Bad Honnef, 2014.

Detection of ultrasonic plate waves using ceramic strip transducers

L. Claes, F. Bause, J. Rautenberg, B. Henning, in: Proceedings SENSOR 2015, 2015, pp. 775–779.

Ultrasonic transmission measurements in the characterization of viscoelasticity utilizing polymeric waveguides

F. Bause, J. Rautenberg, N. Feldmann, M. Webersen, L. Claes, H. Gravenkamp, B. Henning, Measurement Science and Technology 27 (2016).

Determination of the material properties of polymers using laser-generated broadband ultrasound

L. Claes, T. Meyer, F. Bause, J. Rautenberg, B. Henning, Journal of Sensors and Sensor Systems 5 (2016) 187–196.

GUM-konforme Unsicherheitsabschätzung bei inversen Problemen am Beispiel akustischer Transmissionsmessungen

N. Feldmann, F. Bause, B. Henning, GUM-konforme Unsicherheitsabschätzung bei inversen Problemen am Beispiel akustischer Transmissionsmessungen, 2016.

Viskoelastizität und Anisotropie von Kunststoffen: Ultraschallbasierte Methoden zur Materialparameterbestimmung

F. Bause, L. Claes, M. Webersen, S. Johannesmann, B. Henning, Tm - Technisches Messen 84 (2017).

Ultrasonic measurements in the characterization of viscoelasticity and aging of polymers

F. Bause, L. Claes, M. Webersen, B. Henning, in: PROCEEDINGS -- AMA Conferences 2017, 2017, p. 414.

Determining fractional Zener model parameters from low frequency DMA measurements

N. Feldmann, F. Bause, B. Henning, in: Proceedings – AMA Conferences 2017, Nürnberg, 2017.

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