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tm - Technisches Messen

Plattform für Methoden, Systeme und Anwendungen der Messtechnik

[TM - Technical Measurement: A Platform for Methods, Systems, and Applications of Measurement Technology
]

Editor-in-Chief: Puente León, Fernando / Zagar, Bernhard

12 Issues per year


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2196-7113
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Volume 84, Issue 3 (Mar 2017)

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Viskoelastizität und Anisotropie von Kunststoffen: Ultraschallbasierte Methoden zur Materialparameterbestimmung

Viscoelasticity and anisotropy of polymers: ultrasonic based method for material parameter determination

Fabian Bause
  • Corresponding author
  • Elektrische Messtechnik, Universität Paderborn, Warburger Str. 100, 33098 Paderborn Germany
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/ Leander Claes
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/ Bernd Henning
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Published Online: 2017-02-01 | DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2016-0056

Zusammenfassung

In diesem Beitrag werden verschiedene Aspekte der ultraschallbasierten Messtechnik hinsichtlich der Materialparameterbestimmung an viskoelastischen Materialien behandelt. Zunächst wird ein viskoelastisches Materialmodell unter Berücksichtigung von Anisotropie und Kausalität erarbeitet. Nachfolgend werden zwei verschiedene Verfahren zur Charakterisierung von Materialparametern anhand von geführten Ultraschallwellen in zylindrischen und plattenförmigen Strukturen vorgestellt sowie Vor- und Nachteile diskutiert. Dabei wird ebenso auf die Betrachtung von Materialalterung eingegangen. Beispielhaft untersucht werden thermoplastische Materialien wie Polypropylen und Polyamid 6. Zur Charakterisierung starker Anisotropie wird auch auf glasfaserverstärkte Plattenstrukturen mit thermoplastischer Matrix eingegangen.

Abstract

In this paper, various aspects of ultrasonic measurement engineering are discussed with regard to viscoelastic materials. First, a viscoelastic material model is developed, taking into account anisotropy and causality. In the following, two different methods for the characterization of material parameters by means of guided ultrasonic waves in cylindrical and plate-like structures are presented, as well as advantages and disadvantages discussed. In this context, consideration is also given to material aging. Thermoplastics, such as polypropylene and polyamide 6, are investigated. To characterize the anisotropy, reference is also made to glass fiber reinforced plate structures with a thermoplastic matrix.

Schlagwörter: Polymere; Viskoelastizität; Ultraschall; Materialparameter; Alterung

Keywords: Polymers; viscoelasticity; ultrasonics; material parameters; aging

Danksagung

Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung der Projekte HE 2897/6-1 (EHATUS) sowie HE 2897/3-1 (BeKAM).

About the article

Fabian Bause

Fabian Bause ist Produktmanager bei der Beckhoff Automation GmbH & Co. KG. Im Jahr 2010 schloss er sein Studium der Elektrotechnik an der Universität Paderborn ab und war 2010 bis 2015 wiss. Mitarbeiter am Lehrstuhl elektrische Messtechnik in Paderborn. Seine Promotion schloss er 2016 ab und wurde für diese vom AHMT e.V. mit dem Messtechnik-Preis geehrt.

Elektrische Messtechnik, Universität Paderborn,Warburger Str. 100, 33098 Paderborn

Leander Claes

Leander Claes schloss sein Studium der Elektrotechnik im Jahr 2014 an der Universität Paderborn ab. Er ist seit Anfang 2015 wissenschaftlicher Mittarbeiter im Fachgebiet Elektrische Messtechnik und übernimmt seit Mitte 2016 die Rolle des stellvertretenden Fachgebietsleiters. Seine Forschungsschwerpunkte sind die akustische Charakterisierung von Feststoffen und Fluiden.

Elektrische Messtechnik, Universität Paderborn,Warburger Str. 100, 33098 Paderborn

Manuel Webersen

Manuel Webersen ist seit dem Abschluss seines Studiums der Elektrotechnik im Jahr 2014 wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Elektrische Messtechnik an der Universität Paderborn. Sein aktueller Forschungsschwerpunkt liegt in der akustischen Charakterisierung der Materialeigenschaften und Alterung von Polymeren.

Elektrische Messtechnik, Universität Paderborn,Warburger Str. 100, 33098 Paderborn

Sarah Johannesmann

Sarah Johannesmann ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Elektrische Messtechnik an der Universität Paderborn. Ihr Studium der Elektrotechnik schloss sie 2016 an der Universität Paderborn ab. Ihre Tätigkeitsbereiche sind Methoden zur Simulation von geführten Schallfeldern und Modellbildungsverfahren.

Elektrische Messtechnik, Universität Paderborn,Warburger Str. 100, 33098 Paderborn

Bernd Henning

Bernd Henning ist Leiter des Fachgebietes Elektrische Messtechnik der Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik an der Universität Paderborn. Hauptarbeitsgebiete sind akustische Messverfahren und Ultraschallmesstechnik, optische Messtechnik und biomedizinische Messtechnik.

Elektrische Messtechnik, Universität Paderborn,Warburger Str. 100, 33098 Paderborn


Revised: 2017-01-14

Accepted: 2017-01-15

Received: 2016-11-14

Published Online: 2017-02-01

Published in Print: 2017-03-28


Citation Information: tm - Technisches Messen, ISSN (Online) 2196-7113, ISSN (Print) 0171-8096, DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2016-0056.

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