Das Fachgebiet „Elektrische Messtechnik“ der Universität Paderborn wird in Kooperation mit dem Fachgebiet „Statik und Dynamik der Flächentragwerke“ der Universität Duisburg-Essen ein 32-monatiges Forschungsprojekt mit dem Titel „Vollständige Bestimmung der akustischen Materialparameter von Polymeren“ durchführen. Dieses Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Im Rahmen der Entwicklung ultraschallbasierter Messsysteme werden aufgrund von geringeren Kosten und größerer Flexibilität vermehrt Kunststoffe anstatt metallischer Bauteile eingesetzt. Für ein simulationsgestütztes Design solcher Systeme ist jedoch die Kenntnis der mechanischen und akustischen Eigenschaften der eingesetzten Polymere notwendig. Die vom Hersteller angegebenen Materialkenngrößen sind hierfür nicht ausreichend bzw. nicht geeignet. Hierzu soll ein bereits am Fachgebiet Elektrische Messtechnik entwickelter Messplatz zur Materialcharakterisierung von Polymeren weiterentwickelt werden. Die gesuchten akustischen Materialparameter der Werkstoffe werden hierbei durch einen Vergleich von Daten aus Transmissionsmessungen an hohlzylindrischen Probekörpern mit den Simulationsergebnissen aus numerischen Simulationen an einem äquivalenten Modell und einer sich anschließenden numerischer Optimierung bestimmt. Allerdings zeigt sich, dass durch dieses Verfahren die Materialparameter, welche das Scherverhalten beschreiben, nur mit großer Unsicherheit bestimmt werden können. Ziel dieses Forschungsprojektes ist es deshalb, ein Messverfahren zu entwickeln, welches eine hohe Sensitivität gerade auf diese Parameter gewährleistet. Hierzu soll eine alternative, azimutal abhängige Anregung realisiert werden, welche die Erzeugung definierter Wellenarten ermöglicht. Die Modellierung der Schallausbreitung soll mittels der Scaled Boundary Finite Elemente Methode erfolgen. Zusätzlich wird das Simulationsmodell erweitert, sodass es die für die numerische Optimierung vorteilhaften Ableitungsinformationen mittels Algorithmischen Differenzierens zur Verfügung stellen kann. Mit der entwickelten Messeinrichtung sollen unterschiedliche Polymere charakterisiert sowie die Gültigkeit existierender Materialmodelle über einen großen Frequenzbereich überprüft werden.
Ansprechpartner: Dmitrij Dreiling (Universität Paderborn)
