Komplex geformte Leichtbaustrukturen mit adaptivem dynamischem Verhalten durch minimale Formänderung

Dr.-Ing. Pawel Kostka (Dresden)

Motivation

  • Festigkeit, Steifigkeit und Dämpfung sind gekoppelte Entwurfsvariablen von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV)
  • Sowohl passive als auch aktive Dämpfungsmaßnahmen verschlechtern den Leichtbaugrad
  • Minimale Formänderung in Verbindung mit Compressible Constrained Layer Damping (CCLD) kann die Basis für eine nahezu gewichtsneutrale, adaptive Beeinflussung des Schwingungsverhaltens bilden
  • Nachdem in der 1. Phase die prinzipielle Funktionsweise von CCLD an flachen Strukturen nachgewiesen wurde, sollen die Erkenntnisse in der 2. Phase auf praxisrelevante gekrümmte Strukturen übertragen werden und das Dämpfungsvermögen weiter verbessert werden
Potentielle Anwendungsfelder für CCLD: gekrümmte, flächige Strukturen, wie Verkleidungs- und Strukturbauteile, Lärmschutzwände verschiedener Art etc. (links) und kompakte Dämpfer in Maschinen, Antrieben etc. (rechts)
Potentielle Anwendungsfelder für CCLD: gekrümmte, flächige Strukturen, wie Verkleidungs- und Strukturbauteile, Lärmschutzwände verschiedener Art etc. (links) und kompakte Dämpfer in Maschinen, Antrieben etc. (rechts)
Foto: Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Technische Universität Dresden
Darstellung einer gekrümmten Struktur mit zwei aufgebrachten CCLD-Patches mit unterschiedlichen Bedeckungswinkeln (nicht maßstäblich).

Foto: (c) Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Technische Universität Dresden

Vergleich der Dissipationsenergien (Flächeninhalt der Ellipsen) von den in der 1. Phase genutzten Polymerschaumstoffen mit den in der 2. Phase fokussierten Filz- und Vliessstoffe

Foto: (c) Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Technische Universität Dresden

Projektziele

  1. Erarbeitung von Entwurfsstrategien, die eine effiziente Anwendung der CCLD-Maßnahme für praxisrelevante gekrümmte Strukturen ermöglichen: qualitativ neue physikalische Effekte à Erweiterung der in der 1. Phase entwickelten Entwurfsstrategien
  2. Experimentelle Charakterisierung weiterer Klassen von kompressiblen Dämpfungsmaterialien, wie z.B. Filz- und Vliessstoffe mit
    • noch stärkerer Abhängigkeit der Dämpfung und Steifigkeit von der Kompression und
    • einer höheren Dämpfungsleistung im Vergleich zu Polymerschaumstoffen

Arbeitsprogramm

  • Experimentelle Charakterisierung der Dämpfungsschichtmaterialien: Auswahl von technischen Textilien, die sich durch Kompressibilität, lastabhängige Dämpfungseigenschaften und thermische Stabilität auszeichnen.
  • Entwicklung einer Simulationsumgebung zur Analyse von CCLD in gekrümmten Strukturen: Auswahl eines geeigneten Modellierungsansatzes und Ermittlung der Materialmodellparameter für die neuen Dämpfungsmaterialien
  • Durchführung von numerischen Untersuchungen zur CCLD-Effizienz: Identifizierung einer Reihe von optimalen CCLD-Konfigurationen für verschiedene geometrische Konfigurationen
  • Entwicklung von Gestaltungsrichtlinien für CCLD für gekrümmte Strukturen: Zwei Ansätze werden verfolgt; klassische Regression und datengetriebene Identifizierung von Regularien innerhalb der multidimensionalen Simulationsdaten
  • Herstellung und experimentelle Validierung ausgewählter Strukturdesigns mit CCLD
Selbst-entwickeltes Add-on Modul zur exp. Charakterisierung der Dämpfungsschichtmaterialien auf dem elektro-dyn. Shaker

Foto: (c) Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Technische Universität Dresden

Beispielhafte Darstellung optimaler Lösungen von CCLD-Konfigurationen im Hinblick auf eine gegebene Zielfunktion mit sichtbaren Clustern und möglichen Klassifikatoren.

Foto: (c) Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Technische Universität Dresden

02:15

Kontakt

Dr.-Ing. Pawel Kostka   
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Technische Universität Dresden 
Holbeinstraße 3 
01307 Dresden 
Tel.: +49 351 463-42572
Fax: +49 351 463-38143
E-mail: pawel.kostka@tu-dresden.de

Prof. Dr.-Ing. Niels Modler
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Technische Universität Dresden
Holbeinstraße 3
01307 Dresden
Tel.: +49 351 463-38156
Fax: +49 351 463-38143
E-mail: niels.modler@tu-dresden.de

Dipl.-Ing. Tom Ehrig
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Technische Universität Dresden
Holbeinstraße 3
01307 Dresden
Tel.: +49 351 463-38568
E-mail: tom.ehrig@tu-dresden.de

Dipl.-Ing. Christoph Hildebrand
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Technische Universität Dresden
Holbeinstraße 3
01307 Dresden
Tel.: +49 351 463-38075
E-mail: christoph.hildebrand@tu-dresden.de

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