Adaptronik (eBook)

Michael Sinapius wurde an der RWTH Aachen promoviert und ist seit 1989 Wissenschaftler am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Von 2003 bis 2011 war er Professor für adaptiven Leichtbau an der Otto-von-Guericke Universität in Magdeburg. Seit 2011 ist er Professor für adaptronische Systeme an der Technischen Universität Braunschweig und leitet das Institut für Adaptronik und Funktionsintegration.

Vorwort 6
Danksagung 8
Inhaltsverzeichnis 10
Nomenklatur 15
1 Einführung 25
Literatur 30
2 Prinzipe der Adaptronik 32
2.1 Einführende Beispiele adaptronischer Systeme 32
2.2 Elemente der Adaptronik 36
2.3 Varianten adaptiver Systeme 37
2.4 Bausteine adaptiver Systeme 39
2.5 Zusammenfassung 40
Literatur 41
3 Funktionswerkstoffe 42
3.1 Kennzeichen von Funktionswerkstoffen 43
3.2 Elektromechanische Wandler 52
3.2.1 Piezoelektrische Keramiken 53
3.2.2 Elektroaktive Polymere 92
3.3 Thermomechanische Wandler 101
3.3.1 Formgedächtnislegierungen 101
3.3.2 Formgedächtnispolymere 110
3.4 Forschungsprojekte 113
3.4.1 Aktoren auf Basis von nanoskaligen Kohlenstoffröhren 114
3.5 Zusammenfassung 147
Literatur 147
4 Adaptronische Funktionselemente 152
4.1 Piezokomposite 152
4.1.1 0-3-Piezokomposite 155
4.1.2 1-3-Piezokomposite 156
4.1.3 1-2-Piezokomposite 159
4.1.4 2-2-Piezokomposite 160
4.1.5 Nutzung von Eigenspannungen in Piezokompositen 161
4.1.6 Vergleichende Betrachtung der Bauformen von Piezokompositen 164
4.2 Stellwegvergrößernde Wandler 165
4.3 Aktoren dielektrischer Elastomere 175
4.4 Forschungsprojekte 177
4.4.1 Radial-sensorische PVDF-Fasern 177
4.5 Zusammenfassung 185
Literatur 185
5 Aktive Formkontrolle 188
5.1 Ziele aktiver Formkontrolle 188
5.2 Integration von Funktionselementen in Bauteile 189
5.3 Aktivierbare Faserverbunde 196
5.3.1 Nutzung von Verformungskopplung 211
5.3.2 Auswirkung der Integration auf Steifigkeit und Festigkeit 218
5.4 Selektiv verformbare Leichtbaustrukturen 220
5.5 Forschungsprojekte 224
5.5.1 Zelluläre, durch Innendruck aktuierte, formvariable Strukturen 224
5.5.2 Adaptive Tragflügelvorderkante 241
5.5.3 Aktive Folienlager 249
5.6 Zusammenfassung 261
Literatur 262
6 Aktive Vibrationskontrolle 264
6.1 Ziele der aktiven Vibrationskontrolle 265
6.2 Grundlagen der aktiven Vibrationskontrolle 265
6.2.1 Wellenausbreitung in Festkörpern 266
6.2.2 Körperschallinterferenz 273
6.2.3 Stehende Wellen 277
6.2.4 Dämpfungseinfluss 285
6.2.5 Einfluss integrierter Funktionselemente 287
6.2.6 Antwortverhalten 291
6.2.7 Lokale und örtlich verteilte destruktive Interferenz 299
6.2.8 Diskretisierte Beschreibung der Schwingungen kontinuierlicher Strukturen 301
6.3 Strukturdynamische Identifikation aktivierbarer Strukturen 309
6.3.1 Einfreiheitsgradmethoden 311
6.3.2 Mehrfreiheitsgradmethoden 317
6.4 Varianten der aktiven Vibrationskontrolle 323
6.4.1 Lokale Vibrationsunterdrückung 323
6.4.2 Globale Vibrationsunterdrückung 325
6.4.3 Schwingungsisolation 329
6.4.4 Aktive Skyhook-Isolation 332
6.4.5 Adaptive Tilgung 334
6.4.6 Elektromechanische Tilgernetzwerke 340
6.5 Forschungsprojekte 350
6.5.1 Aktive Schwingungsberuhigung in kraft- und fußpunktangeregten Strukturen 350
6.5.2 Aktive Schwingungsberuhigung in der Parallelrobotik 359
6.5.3 Aktiv verwindbares Rotorblatt 362
6.6 Zusammenfassung 370
Literatur 371
7 Regelung adaptiver Strukturen 374
7.1 Vorbetrachtungen und Ziele 374
7.2 Grundlegende Regelungsstrategien 377
7.2.1 Rückkopplung 378
7.2.2 Störgrößenaufschaltung 379
7.2.3 Steuerungssignale aus digitaler Filterung 380
7.2.4 Optimalsteuerung 382
7.2.5 Hybridregelung 386
7.2.6 Adaptive Regelung 386
7.3 Forschungsprojekte 387
7.3.1 Aktive Schwingungsberuhigung in Strukturen mit wechselnden Schwingungseigenschaften 387
7.4 Zusammenfassung 396
Literatur 396
8 Aktive Schallbeeinflussung 398
8.1 Ziele der aktiven Schallbeeinflussung 398
8.2 Grundlagen der aktiven Schallbeeinflussung 400
8.2.1 Wahrnehmung von Schall 400
8.2.2 Schallfeldbeschreibung 403
8.2.3 Schallinterferenz 414
8.2.4 Schallabstrahlung von elementaren Quellen 416
8.2.5 Schallabstrahlung von Platten 425
8.2.6 Schallausbreitung in geschlossenen Räumen 444
8.3 Varianten der aktiven Schallbeeinflussung 455
8.3.1 Aktive Schalldruckreduktion - Active Noise Control 456
8.3.2 Aktive Vibrationskontrolle - Active Vibration Control 458
8.3.3 Aktive Struktur-Akustik-Regelung – Active Structural Acoustic Control 458
8.4 Forschungsprojekte 463
8.4.1 Beeinflussung der Schalltransmission in Flugzeugrümpfen mit aktiven Steuerungen 463
8.5 Zusammenfassung 472
Literatur 472
9 Integrierte Bauteilüberwachung 474
9.1 Ziele einer integrierten Bauteilüberwachung 474
9.2 Modale Methode einer integrierten Bauteilüberwachung 477
9.3 Integrierte Bauteilüberwachung durch Analyse geführter Wellen 481
9.4 Forschungsprojekte 488
9.4.1 Lokalisierung von Schäden in komplexen Faserverbundstrukturen 488
9.5 Zusammenfassung 498
Literatur 499
Sachverzeichnis 500