Influence of the domain structure on the electro-mechanical behaviour of piezo-ceramics

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Das im Großsignalberich von polykristallinen piezokeramischen Werkstoffen beobachtete nichtlineare Verhalten entsteht durch Domänenwandbewegungen, d. h. durch die Veränderungen der zu einem gegebenen Zeitpunkt bestehenden Polarisationsstruktur der Kristallite durch Umklappprozesse. Im vorliegenden Antrag soll der Einfluss der Domänenstruktur und ihrer Veränderungen auf das elektromechanische Verhalten experimentell und theoretisch untersucht werden. Im experimentellen Teil des geplanten Vorhabens werden Untersuchungen an tetragonalen PZT vorgenommen. Der Beitrag der Kristallverzerrung und der durch Umklappprozesse induzierten Domänenwandbewegungen zu beobachtbaren makroskopischen Eigenschaften sollen separiert werden. Zusätzlich wird ein vollständiger Satz von mikrostrukturellen Parametern bestimmt, die eine genaue Anpassung des Simulationsmodells erlauben. Im theoretischen Teil werden effektive Materialeigenschaften für Piezokeramiken auf der Basis eines stochastischen repräsentativen Volumenelements abgeleitet, das aus einer zufälligen Anordnung von Körnern besteht mit zufälliger Orientierung und einer Domänenstruktur, die sich unter elektromechanischer Belastung ändert. Die dabei ablaufenden Umklappprozesse in den Domänen führen zu Domänenwandbewegungen. Der Algorithmus, der zur Simulation der Domänenwandbewegung benützt wird, soll so ertüchtigt werden, dass die berechneten effektiven Eigenschaften mit der Realität vergleichbar sind.