5.3.1 - Ein ultraschallbasiertes inverses Messverfahren zur Charakterisierung viskoelastischer Materialparameter von Polymeren
- Event
- 18. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2016
2016-05-10 - 2016-05-11
Nürnberg, Germany - Chapter
- 5.3 Ultraschallmesstechnik
- Author(s)
- F. Bause, B. Henning - Universität Paderborn, Paderborn (Deutschland)
- Pages
- 363 - 369
- DOI
- 10.5162/sensoren2016/5.3.1
- ISBN
- 978-3-9816876-0-6
- Price
- free
Abstract
Für die numerische Simulation von Schallausbreitungsphänomenen in akustischen (Mess-)Systemen ist die Verwendung realitätsnaher Materialmodelle und Materialparameter ein zentrales Problem. Akustische Materialparameter lassen sich nicht einfach aus quasistatisch ermittelten Kenngrößen, wie sie in Datenblättern angegeben werden, berechnen. Bestenfalls können grobe Abschätzungen getroffen werden, wobei diese gerade bei Polymeren für eine fundierte Betrachtung der Schallausbreitung unzureichend sind.
Es wird ein Messverfahren vorgestellt, welches, für eine gegebene polymere Materialprobe, ein komplex-wertiges und frequenzabhängiges Materialmodell, unter Berücksichtigung von Anisotropie sowie Spannungsrelaxations- und Retardationsprozessen, quantifiziert. Die Materialproben werden als hohlzylindrische Wellenleiter ausgelegt und Ultraschall-Transmissionsmessungen zwischen den parallelen Seiten der Probe durchgeführt. Zur Berücksichtigung der Frequenzabhängigkeit werden fünf verschiedene Schallwandler-Paare mit einer aufsteigenden Mittenfrequenz von 750 kHz bis 2,5 MHz verwendet. Jedes der fünf Messsignale trägt nach Durchlaufen der Materialprobe Informationen über die Materialparameter, die räumliche und spektrale Anregung der Probe sowie die Probengeometrie. In einem inversen Verfahren werden diese Informationen voneinander separiert. Die Lösung des inversen Problems erfolgt deterministisch durch iterativen Vergleich einer Vorwärtssimulation des gesamten Messsystems mit den experimentell bestimmten Messdaten.
Exemplarisch anhand des Werkstoffs Polyamamid 6 (PA6) wird das inverse Messverfahren vorgestellt sowie die Übertragbarkeit der damit gewonnenen Materialparameter auf konkurrierende Messverfahren diskutiert.