Im März 2021 veröffentlichten Nadine Feldmann und Leander Claes Artikel in der auf Messsysteme und Messverfahren spezialisierten Fachzeitschrift tm -Technisches Messen. In dem Artikel "Modelling damping in piezoceramics: A comparative study" vergleichen und bewerten Frau Feldmann und ihre Koautoren unterschiedliche Modelle zu Beschreibung von Dämpfung in piezoelektrischen Materialien. Herr Claes berichtet in "Investigating peculiarities of piezoelectric detection methods for acoustic plate waves in material characterisation applications" zusammen mit seinen Koautoren über die besonderen Eigenschaften von piezoelektrischen Schallwandlern zu Detektion von Plattenwellen, wie sie auch im Fachgebiet entwickelt und eingesetzt werden.
Kurzfassungen:
Modellierung von Dämpfung in Piezokeramiken: Eine vergleichende Betrachtung
Die Verwendung inverser Verfahren im Kontext von Materialcharakterisierung wird durch die Entwicklung numerischer Verfahren und Simulationswerkzeugen vorangetrieben. Ein neu entwickeltes Verfahren kann dazu verwendet werden, das Verhalten von piezokeramischen Scheiben über einen weiten Frequenzbereich unter Verwendung einer einzelnen Probe zu identifizieren, indem simulierte Impedanzen durch Variation der Materialparameter so optimiert werden, dass gemessene Impedanzen möglichst gut nachgebildet werden. Da es kein allgemein akzeptiertes Dämpfungsmodell für piezoelektrische Keramiken gibt, werden mehrere mechanische Dämpfungsmodelle untersucht. Dazu werden drei Modelle ausgewählt und evaluiert. Zum einen wird das gängige Rayleigh-Modell als Referenz betrachtet. Zum anderen werden ein Zener-Modell und ein Modell mit komplexen Konstanten erweitert, um das transversal isotrope Material zu modellieren. Da das Rayleigh-Modell nur für einen begrenzten Frequenzbereich gültig ist, kann es das Breitbandverhaltendes Materials nicht modellieren. Das Modell mit komplexen Konstanten führt über einen weiten Frequenzbereich zur besten Anpassung und benötigt gleichzeitig nur drei zusätzliche Parameter für die Modellierung der
Dämpfung. Somit kann bei Piezokeramiken eine annähernd frequenzunabhängige Dämpfung angenommen werden.
DOI: 10.1515/teme-2020-0096
Untersuchung von Eigenheiten piezoelektrischer Detektionsmethoden für akustische Plattenwellen zur Materialcharakterisierung
Akustische Plattenwellen haben sich als vielseitiges Werkzeug zur Materialprüfung und -charakterisierung erwiesen. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Anregung und Detektion dieser Wellen, wie zum Beispiel optische und piezoelektrische Systeme. Optische Systeme mit thermoelastischer Anregung und interferometrischer Auswertung haben zwar den Vorteil, dass sie berührungslos sind, erfordern jedoch meist recht komplexe Versuchsanordnungen. Piezoelektrische Systeme sind leichter zu realisieren, bedingen allerdings einen direkten Kontakt mit der Probe und weisen in der Regel, insbesondere im Fall einer piezoelektrischen Anregung, eine begrenzte Bandbreite auf. In diesem Beitrag vergleichen die Autoren piezoelektrische und optische Auswertungsmethoden für breitbandige akustische Plattenwellen.
Die Form (zum Beispiel der Auslenkung) einer sich ausbreitenden Plattenwelle wird durch die Frequenz und die Wellenzahl vorgegeben, wodurch Korrelationen zwischen Modenformen und empfangener Signalstärke untersucht werden können. Dies wird weiter durch Auswertungen im normierten Frequenz- und Wellenzahlraum unterstützt, was den Vergleich verschiedener Proben erleichtert. Darüber hinaus untersuchen die Autoren Möglichkeiten, die spezifischen Eigenschaften der Detektionsmethoden bei der Bestimmung von akustischen Materialparametern auszunutzen.
DOI: 10.1515/teme-2020-0098
