Experimental and numerical studies

Abstract
The integration of piezoceramics in metal-structures offers the possibility to achieve different functionalities like active control of dynamic behaviour, health monitoring or energy harvesting in structural parts. To avoid the time-consuming additional application of piezo-modules on a formed semi-finished part, piezoceramic-modules were embedded in a double-layer-sheet. The presented method of integration allows the forming of the piezo-metal-compounds after the integration process. The use of a semi-cured adhesive offers the possibility to form the compound avoiding tensile stresses due to shear loads in the piezoceramic-module. The process limits and the level of operability of integrated piezo-ceramic-modules after forming were determined experimentally by examining different functionalities. In numerical studies using homogenization-localization theories the stresses and strains of the piezoceramic-module during different forming processes are evaluated. A homogenization of the local periodical substructure with a unit-cell-model is performed. Global loads of the piezo-module due to forming are transferred in a submodel to obtain local loads of the piezo-ceramic.

 

Die Integration von Piezokeramiken in Metallstrukturen bietet verschiedene Möglichkeiten, zusätzliche Funktionen wie aktive Regelung des dynamischen Verhaltens, Energiegewinnung oder integrale Eigenüberwachung in Strukturbauteile zu applizieren. Um die nachträgliche Applikation von Aktoren oder Sensoren auf Umformteilen zu umgehen, verfolgt die dargestellte Methode die Integration von Piezo-Modulen in Blechhalbzeuge und die anschließende Umformung. Dabei erfolgt die Formgebung durch eine Anwendung des Klebstoffs im angelierten Zustand. Im ausgehärteten Zustand sind die sensorischen bzw. aktorischen Eigenschaften verfügbar. Eine Vielzahl von Experimenten und Simulationen zeigen die Anwendbarkeit dieser Methode.