 | Wierach P. Entwicklung von Piezokompositen für adaptive Systeme: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Braunschweig. - Köln: DLR, Bibliotheks- und Informationswesen, 2010. - v, 102 S.: Ill., graph. Darst. - (Forschungsbericht; 10-23). - Bibliogr.: S.99-102. - ISBN 978-90-5948-3
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Vorwort ......................................................... i
Inhaltsverzeichnis ............................................. ii
Nomenklatur .................................................... iv
1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Multifunktionale Materialien für Adaptive Strukturen .... 2
1.2 Multifunktionale Materialsysteme ........................ 3
1.3 Piezokomposite .......................................... 5
1.3.1 Anwendung von Piezokompositen in der
Adaptronik ....................................... 6
1.3.2 Komponenten eines Piezokomposits in der
Adaptronik ....................................... 9
1.4 Zielsetzung der Arbeit ................................. 11
2 Grundlagen .................................................. 12
2.1 Prinzipverhalten piezokeramischer Werkstoffe ........... 12
2.1.1 Beschreibung des Kleinsignalverhaltens von
Piezokeramiken .................................. 15
2.2 Bewertung des Arbeitsvermögens von piezokeramischen
Aktuatoren anhand des Arbeitsdiagramms ................. 17
2.2.1 Versuchsstand zur Messung der freien Dehnung
von Flächenaktuatoren ........................... 17
2.3 Herstellungsverfahren und Bauformen von
piezokeramischen Halbzeugen ............................ 20
2.4 Eigenschaften piezokeramischer Werkstoffe .............. 23
2.4.1 Großsignaldehnungshysterese ausgewählter
Werkstoffe ...................................... 27
3 Stand der Technik für Piezokomposite in der Adaptronik ...... 30
3.1 Elektrodenkonfigurationen für Piezokomposite ........... 30
3.2 Bauformen von Piezokompositen .......................... 33
3.3 Diskussion der aktuatorischen Eigenschaften von d31-
und d33- Piezokompositen ............................... 36
4 Gestaltung der Isolationsschicht von Piezokompositen ........ 40
4.1 Analytische Berechnung eines aktiven
Schichtverbundes ....................................... 40
4.2 Diskussion der Dehnungsbehinderung durch eine
Isolationsschicht ...................................... 42
4.3 Analytische Berechnung von Schubverlusten bei der
Dehnungsübertragung .................................... 46
4.4 Diskussion der Schubverluste bei der
Dehnungsübertragung .................................... 49
4.5 Erzeugung von Druckvorspannungen in Piezokompositen .... 52
4.5.1 Berechnung der thermischen Druckvorspannung im
Piezokomposit ................................... 53
4.5.2 Thermisches Ausdehnungsverhalten von
Piezokeramiken .................................. 54
4.5.3 Bestimmung der remanenten Dehnung
ausgewählter piezokeramischer Werkstoffe ........ 54
4.5.4 Diskussion des Vorspannungszustandes in
Piezokompositen ................................. 56
5 Fertigungsverfahren für Piezokomposite ...................... 60
5.1 Aufbau einer Fertigungseinheit zur Herstellung von
Piezokompositen mit dem DP-RTM Verfahren ............... 61
5.1.1 Beschreibung des Fertigungsprozesses ................. 62
6 d31-Piezokomposite auf Basis monolithischer Platten und
Folien ...................................................... 64
6.1 Prinzipieller Aufbau eines d31-Piezokomposits .......... 64
6.2 Isolations- und Kontaktierungswerkstoffe zur
Herstellung von d31 Piezokompositen .................... 65
6.3 Detaillierte Beschreibung der Fertigung eines d31-
Piezokomposits ......................................... 67
6.3.1 Untersuchung und Modifikation der elektrischen
Isolierung ...................................... 70
6.3.2 Realisierung alternativer elektrischer
Anschlüsse ...................................... 71
7 Charakterisierung von d31-Piezokompositen ................... 73
7.1 Experimentelle Verifikation der Druckvorspannung in
Piezokompositen ........................................ 73
7.2 Zugversuch an d31-Piezokompositen ...................... 76
7.2.1 Bestimmung der freien Dehnung und
Blockierkraft der Probenkörper .................. 77
7.2.2 Bestimmung der elastischen Kennwerte eines
d31-Piezokomposites ............................. 77
7.2.3 Berechnung des E-Moduls und der Blockierkraft
mit der linearer Mischungsregel ................. 79
7.2.4 Bestimmung der Bruchfestigkeit von d31-
Piezokompositen ................................. 80
7.3 Untersuchung applizierter und integrierter d31-
Piezokomposite ......................................... 81
7.3.1 Probenkonfiguration und Herstellung ............. 82
7.3.2 Bewertung des Arbeitsvermögens .................. 83
7.3.3 Zugversuch mit applizierten und integrierten
d31-Piezokompositen ............................. 84
8 Fertigungsexperiment zur Herstellung von d33-
Piezofaserkompositen ........................................ 87
8.1 Aufbau des Piezofaserkomposits ......................... 87
8.2 Messung der Dehnungshysterese des
Piezofaserkomposits .................................... 88
9 d33-Piezokomposite auf Basis der Multilayertechnologie ...... 90
9.1 Multilayerstapelaktuatoren ............................. 90
9.2 Herstellung von Multilayerkompositen ................... 91
9.3 Bewertung der aktuatorisсhen Eigenschaften eines
Multilayerkomposits .................................... 93
10 Zusammenfassung ............................................. 96
11 Literaturverzeichnis ........................................ 99
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