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41	Cantilever properties and noise figures in high-resolution non-contact atomic force microscopy Lübbe, Jannis Ralph Ulrich 03 April 2013 (has links) Different methods for the determination of cantilever properties in non-contact atomic force microscopy (NC-AFM) are under investigation. A key aspect is the determination of the cantilever stiffness being essential for a quantitative NC-AFM data analysis including the extraction of the tip-surface interaction force and potential. Furthermore, a systematic analysis of the displacement noise in the cantilever oscillation detection is performed with a special focus on the thermally excited cantilever oscillation. The propagation from displacement noise to frequency shift noise is studied under consideration of the frequency response of the PLL demodulator. The effective Q-factor of cantilevers depends on the internal damping of the cantilever as well as external influences like the ambient pressure and the quality of the cantilever fixation. While the Q-factor has a strong dependence on the ambient pressure between vacuum and ambient pressure yielding a decrease by several orders of magnitude, the pressure dependence of the resonance frequency is smaller than 1% for the same pressure range. On the other hand, the resonance frequency highly depends on the mass of the tip at the end of the cantilever making its reliable prediction from known cantilever dimensions difficult. The cantilever stiffness is determined with a high-precision static measurement method and compared to dimensional and dynamic methods. Dimensional methods suffer from the uncertainty of the measured cantilever dimensions and require a precise knowledge its material properties. A dynamic method utilising the measurement of the thermally excited cantilever displacement noise to obtain cantilever properties allows to characterise unknown cantilevers but requires an elaborative measurement equipment for spectral displacement noise analysis. Having the noise propagation in the NC-AFM system fully characterised, a proposed method allows for spring constant determination from the frequency shift noise at the output of the PLL demodulator with equipment already being available in most NC-AFM setups. non-contact atomic force microscopy NC-AFM cantilever eigenfrequency resonance frequency spring constant stiffness Q-factor quality factor thermal excitation noise mounting loss tip mass ambient pressure feedback loop filter noncontact atomic force microscopy spectral analysis PLL FM-AFM 07.79.Lh - Atomic force microscopes 68.37.Ps - Atomic force microscopy (AFM) 46.70.De - Beams, plates and shells 62.20.Dc - Elasticity, elastic constants ddc:530
42	Gesteinsmechanische Versuche und petrophysikalische Untersuchungen – Laborergebnisse und numerische Simulationen Baumgarten, Lars 26 May 2016 (has links) (PDF) Dreiaxiale Druckprüfungen können als Einstufenversuche, als Mehrstufenversuche oder als Versuche mit kontinuierlichen Bruchzuständen ausgeführt werden. Bei der Anwendung der Mehrstufentechnik ergeben sich insbesondere Fragestellungen hinsichtlich der richtigen Wahl des Umschaltpunktes und des optimalen Verlaufs des Spannungspfades zwischen den einzelnen Versuchsstufen. Fraglich beim Versuch mit kontinuierlichen Bruchzuständen bleibt, ob im Versuchsverlauf tatsächlich Spannungszustände erfasst werden, welche die Höchstfestigkeit des untersuchten Materials repräsentieren. Die Dissertation greift diese Fragestellungen auf, ermöglicht den Einstieg in die beschriebene Thematik und schafft die Voraussetzungen, die zur Lösung der aufgeführten Problemstellungen notwendig sind. Auf der Grundlage einer umfangreichen Datenbasis gesteinsmechanischer und petrophysikalischer Kennwerte wurde ein numerisches Modell entwickelt, welches das Spannungs-Verformungs-, Festigkeits- und Bruchverhalten eines Sandsteins im direkten Zug- und im einaxialen Druckversuch sowie in dreiaxialen Druckprüfungen zufriedenstellend wiedergibt. Das Festigkeitsverhalten des entwickelten Modells wurde in Mehrstufentests mit unterschiedlichen Spannungspfaden analysiert und mit den entsprechenden Laborbefunden verglichen. Gesteinsprobe Prüfkörper Postaer Sandstein Laborprüfungen Petrophysikalische Untersuchungen Einaxialer Druckversuch Dreiaxialer Kompressionsversuch Einstufentest Mehrstufentechnik Spannungspfad Kontinuierliche Bruchzustände Continuous-Failure-State-Triaxial-Test Zugfestigkeitsprüfungen Scherversuch Spaltzugversuch Biegezugversuch Belastungsrichtung Ultraschalllaufzeitmessung Dehnwellen-Resonanzverfahren Kathodolumineszenz-Mikroskopie Gesteinkenngrößen Gesteinsmechanische Parameter Rohdichte Reindichte Porosität Dünnschliffanalyse Sphärizität Korngrößenverteilung Festigkeitskennwerte Höchstfestigkeit Spitzenfestigkeit Restfestigkeit Anisotropie Arbeitskurven Spannungs-Dehnungs-Verhalten Nachbruch Bruchbilder Verformungskennwerte Statischer Elastizitätsmodul Dynamischer Elastizitätsmodul Verformungsmodul Querdehnungszahl Impuls-Laufzeit Wellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit Numerische Modellierung Simulationsrechnung PFC-3D Kugelmodell Clump Partikelarrangement Parameterkalibrierung Parallel Bond Mikrobruch Rissausbreitung elastische Wellen rock sample test specimen sandstone uniaxial compression test triaxial compression test unconfined compression test multiple failure state test continuous failure state test tensile splitting strength shear test bending test pulse velocity ultrasonic elastic constants Young’s modulus of elasticity modulus of deformation Poisson’s ratio post failure stress-strain behaviour real density apparent density grain-size distribution porosity flexural strength peak strength residual strength anisotropy fracture pattern micro-crack pulse-propagation velocity clump sphere model parallel bond crack propagation numerical modelling simulation elastic wave PFC-3D parameter calibration particle arrangement ddc:624 Posta Sandstein Gesteinsprobe Mechanische Eigenschaft Petrophysik Elastizität Werkstein Druckversuch Zugversuch Kennzahl Experiment Numerisches Modell
43	Gesteinsmechanische Versuche und petrophysikalische Untersuchungen – Laborergebnisse und numerische Simulationen Baumgarten, Lars 25 November 2015 (has links) Dreiaxiale Druckprüfungen können als Einstufenversuche, als Mehrstufenversuche oder als Versuche mit kontinuierlichen Bruchzuständen ausgeführt werden. Bei der Anwendung der Mehrstufentechnik ergeben sich insbesondere Fragestellungen hinsichtlich der richtigen Wahl des Umschaltpunktes und des optimalen Verlaufs des Spannungspfades zwischen den einzelnen Versuchsstufen. Fraglich beim Versuch mit kontinuierlichen Bruchzuständen bleibt, ob im Versuchsverlauf tatsächlich Spannungszustände erfasst werden, welche die Höchstfestigkeit des untersuchten Materials repräsentieren. Die Dissertation greift diese Fragestellungen auf, ermöglicht den Einstieg in die beschriebene Thematik und schafft die Voraussetzungen, die zur Lösung der aufgeführten Problemstellungen notwendig sind. Auf der Grundlage einer umfangreichen Datenbasis gesteinsmechanischer und petrophysikalischer Kennwerte wurde ein numerisches Modell entwickelt, welches das Spannungs-Verformungs-, Festigkeits- und Bruchverhalten eines Sandsteins im direkten Zug- und im einaxialen Druckversuch sowie in dreiaxialen Druckprüfungen zufriedenstellend wiedergibt. Das Festigkeitsverhalten des entwickelten Modells wurde in Mehrstufentests mit unterschiedlichen Spannungspfaden analysiert und mit den entsprechenden Laborbefunden verglichen. info:eu-repo/classification/ddc/624 ddc:624

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