Zur makroskopischen Aktivierung der Koppeleigenschaften eines piezoelektrischen Wandlers ist die Polung mittels eines elektrischen Feldes nötig. Werden Wandler in Strukturen integriert, verändern sich die elektrischen, thermischen und mechanischen Randbedingungen, auf die die Polung und die Bauteilauslegung abgestimmt werden müssen. Daher müssen Polungsparameter und Betriebsbedingungen für Bauteile mit integrierten Wandlern angepasst werden.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Zur makroskopischen Aktivierung der Koppeleigenschaften eines piezoelektrischen Wandlers ist die Polung mittels eines elektrischen Feldes nötig. Werden Wandler in Strukturen integriert, verändern sich die elektrischen, thermischen und mechanischen Randbedingungen, auf die die Polung und die Bauteilauslegung abgestimmt werden müssen. Daher müssen Polungsparameter und Betriebsbedingungen für Bauteile mit integrierten Wandlern angepasst werden.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Im Rahmen dieser Arbeit werden zunächst die bruchmechanischen Beanspruchungsgrößen in piezoelektrischen Materialien analytisch untersucht. Hierzu werden auf der makroskopischen Längenskala die gekoppelten mechanischen und elektrischen Randbedingungen am Riss erweitert, sowie ihre Gültigkeit bei geneigten elektrischen Feldern überprüft. Auf der mikroskopischen Längenskala erfolgt die Beschreibung der ferroelektrischen und ferroelastischen Effekte durch ein mikromechanisches Materialmodell. Die beiden Längenskalen werden in einem Prozesszonenmodell miteinander gekoppelt. Mithilfe dieses Modells werden für unterschiedliche Polungs- und Belastungskombinationen die Risswiderstandskurven berechnet und untersucht. Anschließend wird ein mikromechanisch motiviertes Kontinuumschädigungsmodell für nichtlineares ferroelektrisches Materialverhalten entwickelt und in einen Finite-Elemente-Code implementiert. Als Anwendungsbeispiel eignet sich die Simulation des Polungsvorgangs eines Multilayer-Aktors. Die gewonnenen Erkenntnisse
tragen sowohl zur Optimierung der Funktionalität, als auch zum besseren Verständnis der Schädigung und damit zur genaueren Vorhersage der Lebensdauer ferroelektrischer Komponenten bei.
Aktualisiert: 2020-06-05
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Aktualisiert: 2023-04-11
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In der vorliegenden Arbeit wurde die Korngröße verschiedener PZT-Keramiken in einem Bereich zwischen 300 nm und 10 µm gezielt eingestellt und deren dielektrisches, piezoelektrisches und elektromechanisches Eigenschaftsbild charakterisiert. Aufgrund der weiterhin durchgeführten mikrostrukturellen Analysen und Kristallstrukturuntersuchungen konnte ein Modell für den Einfluss der Korngröße auf die Eigenschaften der Keramiken abgeleitet werden.
Aktualisiert: 2021-02-11
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