Komplex geformte Leichtbaustrukturen mit adaptivem dynamischem Verhalten durch minimale Formänderung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Pawel Kostka
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315011510

Eine konsequente Umsetzung von Leichtbau Konstruktionsprinzipien ist eine wichtige Voraussetzung für verbesserte Energieeffizienz und höheres Leistungsniveau künftiger Fahrzeuge, Maschinen und Anlagen. Eine vielversprechende Lösung bieten Faserkunststoffverbunde (FKV) mit "maßgeschneiderter" Verstärkung, die eine hohe Masseneinsparung im Vergleich zu monolithischen Materialien ermöglichen. Eine leichtbaugerechte Orientierung von Verstärkungsfasern gewährleistet eine hohe Steifigkeit und Festigkeit der Komponenten, führt aber meistens zu niedrigen mechanischen Dämpfungen. Gleichzeitig wird durch moderne Integralbauweise eine minimale Anzahl dämpfender Fügestellen angestrebt. Die resultierende Schwingungsanfälligkeit resultiert i.d.R. in einer Steigerung der Lärmemission, deren derzeit mit passiven oder aktiven Dämpfungsmaßnahmen begegnet wird. Diese Maßnahmen stehen allerdings im Gegensatz zur ursprünglichen Leichtbaumotivation.Das Ziel des beantragten Vorhabens ist daher die Entwicklung von Grundlagen zur Modellierung und Dimensionierung neuartiger, nahezu gewichtsneutraler Systeme für eine adaptive Beeinflussung des Schwingungsverhaltens von Leichtbaustrukturen, die auf einer minimalen Formänderung und fluidischer Aktorik basieren. Der Begriff "minimale Formänderung" bedeutet hier eine solch kleine Geometrieveränderung der Struktur, die nur deren Schwingungsverhalten beeinflusst, jedoch nahezu keinen Einfluss auf die lasttragende Funktion besitzt. Für eine besonders effektive Beeinflussung des Schwingungsverhaltens wird ein originäres Konzept des Compressible Constrained Layer Damping (CCLD) vorgeschlagen. Bestandteil der CCLD ist eine schubbeanspruchte, werkstoff- und technologiegerecht in das Innere der Komponente integrierte Schicht, die eine durch die fluidische Aktorik gesteuerte Dicke hat und somit ein adaptierbares Element mit variabler Dämpfung und Steifigkeit darstellt.Die Umsetzung von FKV Strukturen mit fluidisch aktuierten CCLDs erfordert eine wissenschaftliche Durchdringung mehrerer Fragestellungen. Zum einen werden Modelle der Dissipationsmechanismen der CCLD erarbeitet und anhand von Ergebnissen einer angepassten Materialcharakterisierung unterschiedlicher zellulärer Materialien parametriert. Zum anderen werden numerische Modelle der lasttragenden anisotropen FKV Struktur erstellt und mit den CCLD Modellen verknüpft, was eine Vorhersage des aktorisch beeinflussten Deformationsverhaltens ermöglicht. Ferner erfolgt die Erweiterung der Modelle um die anisotrope FKV Dämpfung und die druckabhängige Dämpfung der CCLD. Schließlich wird eine umfassende numerische Untersuchung des resultierenden Dämpfungsverhaltens in einem breiten Frequenz- und Amplitudenbereich durchgeführt. Dabei werden sowohl die Parametervariabilität der CCLD als auch allfällige Struktureffekte infolge Geometrieveränderung betrachtet. Die Validierung der Simulationsergebnisse wird anhand von Versuchen an generischen Demonstratoren erfolgen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1897: Calm, Smooth and Smart - Novel Approaches for Influencing Vibrations by Means of Deliberately Introduced Dissipation
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Niels Modler