Instabilitäten in stark deformierbaren Systemen: einzigartige Möglichkeiten für die Kontrolle von Strömungen und Schwingungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Patrick Kurzeja
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267742614

Eine neuartige Klasse mechanischer Strukturen mit kontrollierten Instabilitäten entwickelt sich aktuell im Forschungsfeld stark deformierbarer Elemente. Sie ermöglicht die Gestaltung neuer funktionaler Systeme wie Aktuatoren, adaptiven Bauteilen und selbstregulierenden Fluiden. Verfügbare Charakterisierungsmethoden sind allerdings noch auf konventionelle Materialklassen beschränkt und viele einzigartige Funktionen der kontrollierten Formänderung blieben bisher unerkundet. Deshalb ist das Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts, zusammen mit der Forschergruppe um Katia Bertoldi (Harvard Universität), die neuesten Ergebnisse solcher nicht-linearen Strukturen auszunutzen und deren Klassifizierung zu präzisieren sowie die Anwendungsmöglichkeiten unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu erweitern.In Teilprojekt I werden dazu die dynamischen Prozesse in fluidgefüllten, stark deformierbaren Strukturen simuliert und deren Geometrie- und Materialeigenschaften zugeordnet. Die einzigartige Möglichkeit reversibler, drastischer Formänderunen erlaubt es dabei mit einer einzigen Materialklasse die gesamte Vielfalt zwischen stark deformierbaren und steifen Strukturen abzudecken. Damit wird eine Verbindung der konventionellen Charakterisierungstechniken (z. B. zerstörungsfreie Parameteridentifikation oder die Vorhersage kritischer Frequenzbereiche) mit den neuen Strukturen erreicht.In Teilprojekt II werden nichtlineare Resonatoren in dehnungskontrolliert knickende Zellen eingebettet. Mittels der kontrollierten Formänderung der Zellen wird ein breites Resonanzspektrum angesteuert und ergibt somit ein neues funktionelles Metamaterial mit zahlreichen, konfigurierbaren Dämpfungsbereichen. Ein optimiertes Design hinsichtlich Zuverlässigkeit und Praktikabilität wird durch numerische sowie experimentelle Labortests gewährleistet.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Katia Bertoldi, Ph.D.