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Studierende vor dem Optoelektronik-Gebäude P8, Foto: Universität Paderborn, Fotografin: Judith Kraft
Measurement Engineering Group (EMT)
Prof. Dr.-Ing. Bernd Henning
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Studierende vor dem Optoelektronik-Gebäude P8, Foto: Universität Paderborn, Fotografin: Judith Kraft

Bestimmung komplexer akustischer Materialkenngrößen (DFG)

Projekttitel

Bestimmung komplexer akustischer Materialkenngrößen (DFG 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

Projektbezogene Publikationen


Open list in Research Information System

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

F. Bause, J. Rautenberg, N. Feldmann, L. Claes, B. Henning, 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



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 (2016), 5(1), pp. 187-196


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 (2016), 27(10)


Uncertainty estimation for linearised inverse problems comparing Bayesian inference and a pseudoinverse approach for acoustic transmission measurements

N. Feldmann, F. Bause, B. Henning, tm - Technisches Messen (2016), 84(4)



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, pp. 414


Viskoelastizität und Anisotropie von Kunststoffen: Ultraschallbasierte Methoden zur Materialparameterbestimmung

F. Bause, L. Claes, M. Webersen, S. Johannesmann, B. Henning, tm - Technisches Messen (2017), 84(3)


Determining fractional Zener model parameters from low frequency DMA measurements

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


Open list in Research Information System

The University for the Information Society