Entwurf und Finite-Elemente-Modellierung ferroelektrischer Nanostrukturen zur Transformation mechanischer Deformationen in elektrische Energie:
Gespeichert in:
| Beteilige Person: | |
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| Format: | Hochschulschrift/Dissertation Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Karlsruhe
Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Baustatik
2017
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| Schriftenreihe: | Berichte des Instituts für Baustatik, Karlsruher Institut für Technologie
2017, 23 |
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| Umfang: | IX, 216 Seiten Illustrationen, Diagramme 21 cm, 280 g |
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|---|---|
| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
VII
INHALTSVERZEICHNIS
1
EINLEITUNG
1
1.1
ZIELE
DER
ARBEIT
....................................................................................
1
1.2
STAND
DER
TECHNIK
..............................................................................
2
1.3
GLIEDERUNG
DER
ARBEIT
........................................................................
7
2
FERROELEKTRISCHE
NANOGENERATOREN
9
2.1
FERROELEKTRIKA
-
AUFBAU
UND
EIGENSCHAFTEN
......................................
9
2.2
ENTWURF
UND
HERSTELLUNG
.....................................................................
15
3
GRUNDLAGEN
DER
KONTINUUMSMECHANIK
24
3.1
GEOMETRIE
UND
BEWEGUNG
..................................................................
24
3.2
DER
DEFORMATIONSGRADIENT
..................................................................
26
3.3
DIE
VERZERRUNG
....................................................................................
28
3.4
ZEITABLEITUNGEN
....................................................................................
30
3.5
DIE
MECHANISCHE
SPANNUNG
.................................................................
31
3.6
BILANZGLEICHUNGEN
.................................................................................
33
3.6.1
MASSENBILANZ
..........................................................................
33
3.6.2
IMPULSBILANZ
..............................................................................
34
3.6.3
DREHIMPULSBILANZ
.....................................................................
35
3.6.4
ENERGIEBILANZ
...........................................................................
37
3.6.5
ENTROPIEBILANZ
...........................................................................
38
3.7
ELEKTROSTATIK
.......................................................................................
41
3.7.1
GRUNDBEGRIFFE
DER
ELEKTROSTATIK
.............................................
42
3.7.2
POLARISATION
UND
DIELEKTRISCHE
VERSCHIEBUNG
......................
45
3.8
BILANZGLEICHUNGEN
-
ELEKTROMECHANISCHE
ERWEITERUNG
...................
46
3.8.1
LADUNGSBILANZ
...........................................................................
47
3.8.2
ERWEITERTE
IMPULSBILANZ
.........................................................
47
3.8.3
ERWEITERTE
DREHIMPULSBILANZ
..................................................
48
3.8.4
ERWEITERTE
ENERGIEBILANZ
.........................................................
49
3.8.5
ERWEITERTE
ENTROPIEBILANZ
......................................................
49
3.8.6
ELEKTROSTATISCHE
SPANNUNG
.....................................................
51
3.9
ANNAHMEN
UND
VEREINFACHUNGEN
........................................................
52
VIII
INHA
LTS
VERZEICHNIS
4
KONSTITUTION
UND
LINEARISIERUNG
55
4.1
LINEAR
ELASTISCHES
MATERIAL
..................................................................
55
4.1.1
KONSTITUTION
DES
ISOTROPEN
STOFFGESETZES
............................
57
4.1.2
SCHWACHE
FORM
UND
LINEARISIERUNG
......................................
58
4.2
FERROELEKTRIKUM
....................................................................................
59
4.2.1
DER
ORDNUNGSPARAMETER
........................................................
60
4.2.2
DIE
FREIE
HELMHOLTZENERGIE
.....................................................
60
4.2.3
EVOLUTIONSGLEICHUNG
DES
ORDNUNGSPARAMETERS
...................
65
4.2.4
SCHWACHE
FORM
DES
GLEICHGEWICHTS
......................................
67
4.2.5
LINEARISIERUNG
DER
SCHWACHEN
FORM
......................................
69
4.3
UNTERSUCHUNGEN
AN
EINEM
ZWEI-PHASEN
MODELL
...............................
71
4.3.1
ANALYTISCHE
LOESUNG
DER
PHASENGRENZE
..................................
74
4.3.2
SCHWACHE
FORM
UND
LINEARISIERUNG
.....................................
75
5
FINITE-ELEMENTE-FORMULIERUNG
77
5.1
SUBSTRATMATERIAL
.................................................................................
80
5.2
FERROELEKTRIKUM
....................................................................................
82
5.2.1
NORMIERUNG
DES
MODELLS
........................................................
89
5.3
ELEKTRODE
..............................................................................................
92
5.4
ZWEI-PHASEN
MODELL
...........................................................................
95
6
VERBESSERUNG
DER
FINITE-ELEMENTE-FORMULIERUNG
99
6.1
ANREICHERUNG
DURCH
INTERNE
ZUSATZKNOTEN
............................................
100
6.1.1
VEKTORIELLE
ANREICHERUNG
............................................................
102
6.1.2
ZWEI-PHASEN
MODELL
..................................................................
107
6.2
EXTRAPOLATION
DER
ANREICHERUNG
AN
PHASENGRENZEN
.............................
110
6.2.1
EXTRAPOLATIONSFUNKTIONEN
IN
NATUERLICHEN
KOORDINATEN
.
.
.
116
6.2.2
WICHTUNGSFAKTOR
DER
EXTRAPOLATION
.........................................
118
6.2.3
ZWEI-PHASEN
MODELL
..................................................................
119
INHALTSVERZEICHNIS
IX
7
NUMERISCHE
BEISPIELE
121
7.1
TOLERANZPARAMETER
XO
..............................................................................
121
7.2
VERTIKALE
PHASENGRENZE
IN
REGULAEREN
FE-NETZEN
................................
124
7.3
DIAGONALE
PHASENGRENZE
IM
REGULAEREN
FE-NETZEN
................................
129
7.4
VERTIKALE
PHASENGRENZE
IN
VERZERRTEN
FE-NETZEN
................................
131
7.5
BEWEGUNG
VON
PHASENGRENZEN
...............................................................
135
8
GRUNDGLEICHUNGEN
DER
NANOGENERATOREN
141
8.1
GRUNDLEGENDE
BEZIEHUNGEN
.....................................................................
141
8.2
MECHANISCHE
VORSPANNUNG
.....................................................................
143
8.3
BRUECKENGLEICHRICHTER
..............................................................................
145
8.3.1
DIODEN-KENNLINIE
........................................................................
146
8.3.2
KENNLINIE
DES
GLEICHRICHTERSTROMKREISES
...................................
148
8.3.3
PRAEDIKTOR-ALGORITHMUS
DER
ELEKTRISCHEN
RANDBEDINGUNGEN
.
154
9
NUMERISCHE
BEISPIELE
156
9.1
EINFLUSS
MECHANISCHER
VORDEHNUNG
AUF
NANOWUERFEL
.............................
156
9.2
NANOGENERATOREN
IN
STREIFENFORM
............................................................
158
9.2.1
NUMERISCHER
FEHLER
DES
ELEKTRISCHEN
STROMS
.........................
162
9.2.2
EINFLUSSFAKTOREN
AUF
DIE
FUNKTIONSWEISE
...................................
168
9.3
FLAECHIGE
NANOGENERATOREN
MIT
STRUKTURIERTEN
ELEKTRODEN
............
181
10
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
186
A
LINEARISIERUNG
193
B
MATERIALABHAENGIGE
HERLEITUNG
DER
EVOLUTIONSGLEICHUNG
196
C
NUMERISCHE
INTEGRATION
DURCH
GAUSS-QUADRATUR
199
D
ZUSATZKNOTEN
DER
ERWEITERTEN
FINITE-ELEMENTE-FORMULIERUNG
201
LITERATURVERZEICHNIS
203
|
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| author | Krauß, Matthias 1983- |
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