SMAµD - Dämpfung von miniaturisierten, intellegenten Systemen mit Formgedächtnislegierung


Projektleiter: Dr. Frank Wendler

Institute of Materials Simulation
Friedrich-Alexander-Universität
Dr.-Mack-Str. 77
90762 Fürth
Tel.: +49 911 65078 65067
Fax: +49 911 65078 65066
E-Mail: frank.wendler@fau.de


Projektbearbeiter: Shahabeddin Ahmadi

Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Mikrostrukturtechnik
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen
Tel.: +49 721 608-22768
E-Mail: shahab.ahmadi@kit.edu



Demonstrator für Mikrokamera-Stabilisierung
Quelle: Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Mikrostrukturtechnik

Brücken-, Linear-Balken- und Planarfeder-Layouts
Quelle: Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Mikrostrukturtechnik

Motivation

Dämpfung miniaturisierter Systeme (mobil, tragbar) auf der Grundlage von Formgedächtnislegierungen (FGL)

  • Smart Material: NiTi(Cu) (500 MPa, 5-10% Dehnung, Arbeitsdichte 10 MJ/m3)
  • Physikalischer Mechanismus: Thermoelastischer Phasenübergang
  • Intelligente Systeme: FGL-Mikrobauelemente als Aktor, Feder und Dämpfer
  • Vorteile der Miniaturisierung:
    • Frequenzen bis zu einigen100 Hz
    • Neue ermüdungsarme bzw. -freie FGL-Filme verfügbar
  • Einsatzbereiche:
    • Makro: Wind, Seismik (bisher)
    • Miniaturskala:
      • Portable & Handheld
      • Unbemannte Flugobjekte (UAVs)
      • Pico-Satelliten


Wissenschaftliche Ziele

Entwicklung von film- bzw. folienbasierten FGL-Mikrobauelementen, die mehrere Freiheitsgrade (Rotation, Translation) unter Vibrationsbelastung stabilisieren

  • Dissipationsmechanismen auf Miniaturskala: Thermo- und Pseudoelastizität
  • Modellierung: Materialmodell mit integriertem Ermüdungsverhalten
  • Skalierungsmethoden: Materialmodell ✉ Bauelemente-Modell
  • Entwicklung von Design- und Kontrollansätzen für miniaturisierte Systeme
  • Iterative Bauelemente-Optimierung: (1) Wärmetransport, (2) Umwandlungsgrad Martensit-Austenit, (3) strukturelles Versagen
  • Smart Functionality (Self-Sensing durch Filmwiderstandsmessung)


Arbeitsprogramm

  • Materialcharakterisierung und Modellierung auf der Mesoskala
  • Design und Herstellung von FGL-Mikrobauelementen und darauf aufgebauter Systeme
  • Untersuchung des Dissipationsverhaltens unter Vibration: Formgedächtniseffekt (<10 Hz), Pseudoeastizität mit bzw. ohne Temperaturkontrolle (10 -100 Hz)
  • Modellierung (FEM, Phasenfeld), Modellintegration
  • Validierung und Komplexitätsreduktion:
    • Lumped-Element-Model
    • Model Order Reduction
  • Entwicklung eines Demonstrators


Quelle: Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Mikrostrukturtechnik