Inverse Methode zur Charakterisierung des mechanischen Frequenzverhaltens isotroper Werkstoffe
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M.Sc. Manuel Weiß hat von 2008 bis 2014 Mechatronik an der Universität Erlangen-Nürnberg studiert. Seit 2014 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Sensorik an der Universität Erlangen-Nürnberg tätig. Seine Forschungsarbeiten umfassen die simulationsbasierte Materialcharakterisierung von piezoelektrischen und passiven Materialien sowie adaptiven Werkstoffverbunden.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Sensorik
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Dr.-Ing. Jürgen Ilg war von 2009 bis 2015 als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Sensorik an der Universität Erlangen-Nürnberg beschäftigt und promovierte auf dem Gebiet der Ermittlung frequenzabhängiger mechanischer Materialeigenschaften mit der Inversen Methode. Seit 2015 ist er bei der MICRO-EPSILON MESSTECHNIK GmbH & Co. KG in der Sensorikentwicklung tätig.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Sensorik
Dr. techn. Stefan J. Rupitsch promovierte 2008 im Rahmen seiner Tätigkeit als Forschungsassistent am Institut für Elektrische Messtechnik an der Johannes Kepler Universität Linz. Seit 2008 ist er als Postdoktorand am Lehrstuhl für Sensorik an der Universität Erlangen-Nürnberg tätig. Seine Forschungsschwerpunkte umfassen unter anderem piezoelektrische Sensoren und Aktoren, simulationsbasierte Materialcharakterisierung sowie die technische Ultraschall-Bildgebung.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Sensorik
Prof. Dr.-Ing. Reinhard Lerch leitet seit 1999 den Lehrstuhl für Sensorik der Universität Erlangen-Nürnberg. Zuvor war er von 1993 bis 1999 Vorstand am Institut für Elektrische Messtechnik der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Hauptarbeitsgebiete sind elektromechanische Sensoren und Aktoren, sowie Technische Akustik.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Sensorik
Zusammenfassung
Es wird ein Verfahren zur Charakterisierung der Frequenzabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von Festkörpern (Viskoelastizität) vorgestellt. Insbesondere Kunststoffe zeigen häufig ein ausgeprägtes viskoelastisches Verhalten. Die Identifikation der frequenzabhängigen mechanischen Materialparameter erfolgt durch die Inverse Methode, welche auf der Anpassung von Simulationsergebnissen an zuvor durchgeführte Messungen beruht. Hierzu werden durch einen Optimierungsalgorithmus die Simulationsparameter schrittweise variiert. In diesem Beitrag wird eine angepasste Inverse Methode sowie die generelle Vorgehensweise der Materialcharakterisierung erläutert. Zudem werden viskoelastische Materialmodelle diskutiert und ihre Eignung anhand eines exemplarischen Werkstoffs geprüft.
Abstract
We present an approach for characterizing the mechanical frequency dependence of solid materials (i.e., viscoelasticity). Especially plastics commonly show a viscoelastic behavior. The frequency-dependent mechanical material parameters are identified through the inverse method, which is based on the minimization of deviations between measurements and simulation results via an iterative adjustment of the parameters. In this contribution, an adapted inverse method and the principle of the material characterization are illustrated. In addition, we compare selected viscoelastic material models and discuss the applicability of these models by means of an exemplary solid material.
Über die Autoren
M.Sc. Manuel Weiß hat von 2008 bis 2014 Mechatronik an der Universität Erlangen-Nürnberg studiert. Seit 2014 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Sensorik an der Universität Erlangen-Nürnberg tätig. Seine Forschungsarbeiten umfassen die simulationsbasierte Materialcharakterisierung von piezoelektrischen und passiven Materialien sowie adaptiven Werkstoffverbunden.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Sensorik
Dr.-Ing. Jürgen Ilg war von 2009 bis 2015 als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Sensorik an der Universität Erlangen-Nürnberg beschäftigt und promovierte auf dem Gebiet der Ermittlung frequenzabhängiger mechanischer Materialeigenschaften mit der Inversen Methode. Seit 2015 ist er bei der MICRO-EPSILON MESSTECHNIK GmbH & Co. KG in der Sensorikentwicklung tätig.
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Dr. techn. Stefan J. Rupitsch promovierte 2008 im Rahmen seiner Tätigkeit als Forschungsassistent am Institut für Elektrische Messtechnik an der Johannes Kepler Universität Linz. Seit 2008 ist er als Postdoktorand am Lehrstuhl für Sensorik an der Universität Erlangen-Nürnberg tätig. Seine Forschungsschwerpunkte umfassen unter anderem piezoelektrische Sensoren und Aktoren, simulationsbasierte Materialcharakterisierung sowie die technische Ultraschall-Bildgebung.
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Prof. Dr.-Ing. Reinhard Lerch leitet seit 1999 den Lehrstuhl für Sensorik der Universität Erlangen-Nürnberg. Zuvor war er von 1993 bis 1999 Vorstand am Institut für Elektrische Messtechnik der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Hauptarbeitsgebiete sind elektromechanische Sensoren und Aktoren, sowie Technische Akustik.
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Danksagung
Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle Unterstützung im Rahmen des Sonderforschungsbereichs/Transregio 39 PT-PIESA (Teilprojekt C06).
©2016 Walter de Gruyter Berlin/Boston
Artikel in diesem Heft
- Frontmatter
- Editorial
- AMA-Kongress SENSOR 2015 in Nürnberg – Innovative Sensortechnologien und Sensoranwendungen
- Beiträge
- Inverse Methode zur Charakterisierung des mechanischen Frequenzverhaltens isotroper Werkstoffe
- Dynamische Kalibrierung eines Mehrkomponentensensors für Kraft und Drehmoment
- Mit Inkjet und Aerosol Jet® gedruckte Sensoren auf 2D- und 3D-Substraten
- Drucksensoren aus Zirkonoxid-Keramik mit hochempfindlichen Sensorschichten
- MEMS-based micro-Coriolis technology for high precision density measurement
- Verfahren der Zeitumkehr elastischer Wellen auf Platten für die lokale haptische Interaktion
- Optical electron beam dosimetry with ceramic phosphors as passive sensor material for broad dose ranges
Artikel in diesem Heft
- Frontmatter
- Editorial
- AMA-Kongress SENSOR 2015 in Nürnberg – Innovative Sensortechnologien und Sensoranwendungen
- Beiträge
- Inverse Methode zur Charakterisierung des mechanischen Frequenzverhaltens isotroper Werkstoffe
- Dynamische Kalibrierung eines Mehrkomponentensensors für Kraft und Drehmoment
- Mit Inkjet und Aerosol Jet® gedruckte Sensoren auf 2D- und 3D-Substraten
- Drucksensoren aus Zirkonoxid-Keramik mit hochempfindlichen Sensorschichten
- MEMS-based micro-Coriolis technology for high precision density measurement
- Verfahren der Zeitumkehr elastischer Wellen auf Platten für die lokale haptische Interaktion
- Optical electron beam dosimetry with ceramic phosphors as passive sensor material for broad dose ranges
