DFG-Forschungsprojekt an der Universit?t Paderborn wird verl?ngert
Die Verwendung von Polymeren allgemein und insbesondere deren Einsatz in modernen Metall-Kunststoff-Hybridbauteilen, Faserverbundwerkstoffen oder im Leichtbau nimmt aufgrund von geringeren Kosten und hoher Flexibilit?t der Werkstoffe zu. Auch der Einsatz in ultraschallbasierten Messsystemen für z. B. Durchflussmessungen oder Einparkhilfen steigt, da im Gegensatz zu metallischen Bauteilen Polymere einfacher verformt und nachbehandelt werden k?nnen. Au?erdem bieten sie eine thermische und elektrische Isolation. Für ein simulationsgestütztes Design solcher Messsysteme oder Bauteile ist die Kenntnis der mechanischen und akustischen Eigenschaften der eingesetzten Polymere notwendig. Die vom Hersteller angegebenen Materialkenngr??en sind allerdings h?ufig nicht ausreichend. Deshalb arbeiten unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Bernd Henning der Universit?t Paderborn und Prof. Dr.-Ing. Carolin Birk der Universit?t Duisburg-Essen Wissenschaftler*innen im Rahmen eines Forschungsprojekts seit 2019 daran, die mechanischen Eigenschaften mithilfe besonderer Verfahren pr?zise zu bestimmen. Das Vorhaben wurde jetzt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) um weitere zweieinhalb Jahre verl?ngert und wird bis 2025 mit insgesamt rund 580. 000 Euro gef?rdert.
?Durch einen Vergleich von Transmissionsmessungen an Probek?rpern und einem Simulationsmodell mittels numerischer Algorithmen k?nnen wir die mechanischen Eigenschaften der Proben genau bestimmen. Nach aktuellen standardisierten Verfahren k?nnen solche akustischen Eigenschaften lediglich bestimmt werden, indem die Probe zerst?rt wird. Je nachdem wieviel sie ausgehalten hat, kann man dann die Parameter für die Probe berechnen. Wir beschallen die Probe lediglich, also bleibt sie komplett intakt“, erkl?rt Dmitrij Dreiling, Wissenschaftler am Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik.
?blicherweise wird in solchen Transmissionsmessungen mithilfe einer vollfl?chigen Schallanregung auf einer Seite durch die Probe geschallt und anschlie?end auf der anderen Seite der Probe das Messsignal empfangen und analysiert. Bei dieser Art der Anregung ist jedoch die Sensitivit?t auf Scherbewegungen im Probek?rper gering. Die Projektbeteiligten haben deshalb bereits mehrere Verfahren alternativer Materialcharakterisierung entwickelt und diese durch Simulationen und Messungen validiert. Bew?hrt hat sich dabei der Einsatz einer nicht vollfl?chigen Schallanregung mittels segmentierter Schallwandler. Damit konnte insbesondere die Ermittlung der Scherparameter von Polymerproben deutlich verbessert werden.
?Aus der segmentierten Schallanregung ergeben sich jedoch neue Herausforderungen“, wei? Dreiling. So müssen laut dem Wissenschaftler insbesondere Sender und Empf?nger bei der Messung pr?zise zueinander ausgerichtet sein, um die ?quivalenz zur Simulation zu gew?hrleisten. Um die hieraus resultierenden Unsicherheiten zu vermeiden, soll ein segmentierter Schallwandler, der eine geteilte Ultraschallschwingung erzeugt, als Sender und Empf?nger eingesetzt werden. Dreiling: ?Dadurch erh?hen sich die Anforderungen an die Systemcharakterisierung und Signalverarbeitung deutlich. Deswegen werden wir bei dem Vorhaben u. a. auch die optimale Probengeometrie, die Temperaturabh?ngigkeit der Proben sowie die Modellierung der D?mpfungseigenschaften hinsichtlich ihrer Gültigkeit und Anwendbarkeit untersuchen“.
