Integrierter Modellrahmen zur konstitutiven Beschreibung der gekoppelten visko–ferroelektrischen Dissipation sowie Identifikation und Analyse von Kreisprozessen zur effizienten Energiewandlung

Zentraler Gegenstand dieser Arbeit ist die theoretische Untersuchung der gekoppelten Dissipation aufgrund von Domänenschalten und der Viskoelastizität sowie der damit einhergehenden Erwärmung. Dafür wird ein hybrides mikrophysikalisch–rheologisches konstitutives Modell entwickelt und in einen Multiskalenansatz eingebettet. Dabei werden sowohl Korninteraktionen, elektrische und mechanische Eigenfelder als auch korneigene Schaltbarrieren berücksichtigt. Die mathematische Theorie wird vor dem Hintergrund der rationalen Thermodynamik aufgebaut und enthält zwei Arten von inneren Variablen. Die dafür benötigten thermodynamischen Potentiale werden mittels eines eigens dafür entwickelten Konzepts hergeleitet. Damit entsteht ein in doppeltem Sinne integrierter Modellrahmen. Einerseits aufgrund der Integration des mikrophysikalischen in ein rheologisches Modell, wobei sich letzteres insofern von klassischen rheologischen Modellen unterscheidet, als dass dieses ein Korn repräsentiert und nicht das makroskopische Materialverhalten, und andererseits weil die Bestimmung der Potentiale Teil der mathematisch–physikalischen Modellbildung ist. Hysteresen und transiente Temperaturentwicklung werden für Polykristalle unter verschiedenen Belastungsbedingungen berechnet und, soweit möglich, validiert. Letztere orientieren sich an experimentellen Arbeiten aus der Literatur oder eigenen Experimenten. Dabei wird explizit der Einfluss beider dissipativer Effekte separiert. Es wird gezeigt, dass der Einfluss der Viskoelastizität, insbesondere bei unipolarer unterkritischer Last, nicht vernachlässigbar ist.