Semiaktive Schwingungsreduktion durch Steifigkeitsmodulation

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Hasse
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496813587

Semiaktive Methoden zur Schwingungsreduktion werden in der Literatur meist mit einem guten Kompromiss von aktiven und passiven Methoden in Verbindung gebracht. Vor allem der ver-gleichsweise geringe Energiebedarf wird dabei oft in den Vordergrund gestellt. Die Effektivität (Amplitudenreduktion, Vermeidung von Resonanzen) und die Möglichkeiten zur Anwendung in einem breitem Frequenzspektrum bzw. Anpassung auf verschiedene Frequenzbereiche liegen da-bei auf vergleichbarem Niveau zu aktiven Methoden. Auch die Schwingungsreduktion durch zykli-sche Steifigkeitsveränderungen – also Veränderungen der Struktursteifigkeit mit ähnlicher Frequenz der aktuell vorherrschenden Schwingung – fällt per Definition in den Bereich der semiaktiven Me-thoden, da es sich um die Veränderung eines Systemparameters handelt. Dabei muss jedoch be-dacht werden, dass eine Veränderung der Steifigkeit meistens nur mit einer Veränderung der po-tentiellen Energie und folglich mit zu verrichtender Arbeit zu bewerkstelligen ist. Insbesondere für zyklische Veränderung ist es demnach fraglich, ob ein solches Vorgehen der zugeschriebenen Ener-gieeffizienz semiaktiver Methoden gerecht werden kann. Im aktuellen Stand der Forschung werden energetische Aspekte entweder nicht in Betracht gezogen, oder aufgrund des Einsatzes zusätzlicher dissipativer Komponenten verzerrt. Eine Bewertung der Effizienz zyklischer Steifigkeitsveränderun-gen zur Schwingungsreduktion steht demnach aus. Eigene Vorarbeiten haben gezeigt, dass insbesondere die räumliche Verteilung von Steifigkeitsver-änderungen eine ausschlaggebende Rolle auf die zu verrichtende Arbeit spielt. Mit einer homoge-nen Veränderung der Steifigkeit können amplitudenreduzierende Effekte maßgeblich auf eine ne-gative Arbeit des Aktors zurückgeführt werden. Mit einer örtlich variierenden Steifigkeitsanpassung kann hingegen Energie nicht nur aus dem System entzogen werden, sondern vor allem von der schwingenden Mode auf andere Moden umverteilt werden. Diese Energieumverteilung hat den Vorteil, dass die inhärenten Dämpfungseigenschaften der Struktur im höherfrequenten Bereich der energieaufnehmenden Moden besser genutzt werden. Somit entfällt ein Großteil der aufzubrin-genden Arbeit und die Methode weist auch unter energetischen Aspekten eine Effizienz ähnlich der von klassischen semiaktiven Methoden auf. Langfristiges Ziel des Projekts ist die Ausarbeitung eines Vorgehens zur Maximierung des semiakti-ven Effekts (Umverteilung von Energie auf geeignete Moden) und damit die Effizienzsteigerung der Methode bei kontinuierlichen Systemen. Als Mechanismus zur Steifigkeitsveränderung werden dabei insbesondere die Vorspannung und Formadaption in Betrachtet gezogen. Die zeitliche und räumliche Veränderung der Steifigkeit wird jedoch der Hauptfokus sein. Diese Parameter sollen im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes analysiert, entsprechende Gesetzmäßigkeiten bestimmt und schließlich Entwurfsregeln und Optimierungsformulierungen aufgestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen