Optimierung von intelligenten elektro-mechanischen Wandlern

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Das Ziel dieses Projektes liegt in einem ersten Anwendungsfall in der Optimierung von elektro-akustischen Wandlern basierend auf piezoelektrischen Verbundaktoren und in einem zweiten Fall in der Optimierung von kapazitiven mikromechanischen Ultraschallwandlern (CMUTs), sodass sie als Lautsprecher eingesetzt werden können.

In beiden Anwendungen werden kontinuumsmechanische Strukturen erzwungenen Schwingungen ausgesetzt und an das akustische Feld gekoppelt, welches die Apparatur umgibt. Das technologische Ziel liegt darin, einen maximalen Schalldruck bzw. eine maximale Schallleistung in einer vorgegebenen Umgebung und möglicherweise in vorgegebenen Regionen des Fernfeldes zu erzeugen. Um eine solche Maximierung zu erreichen muss die Topologie des elektroakustischen Materials und der Elektroden optimiert werden. Die beiden Anwendungsbeispiele unterscheiden sich durch das verwendete Material und durch die Tatsache, dass in piezoelektrisch-akustischen Aktoren keine aktive Kontrolle auf das System ausgeübt wird, während im zweiten Anwendungsbeispiel, welches schon funktionsbedingt nichtlinear ist, aktive Kontrolle im Sinne von angelegter Spannung extrem wichtig ist. Die beiden Anwendungsbeispiele teilen jedoch die Eigenschaft der akustisch-mechanischen Kopplung und den Aspekt der topologischen Optimierung, die durchgeführt werden muss.

Schlagworte:

Piezoelektrisch, SIMP, Optimierung, Topologie