Motivation

Insbesondere in der Logistik/Automatisierungstechnik sind verstärkt kinematische Systeme im Fokus, die eine direkte Interaktion mit dem Menschen erlauben. Hierfür sind insb. solche Systeme vorteilhaft, die sich durch Spielfreiheit und Verschleißarmut auszeichnen und die auf Werkstoffen mit niedrigem Gewicht, hoher Nachgiebigkeit und hoher Festigkeit wie etwa Faserverbundwerkstoffen basieren. Einen vielversprechenden Lösungsansatz stellen neuartige aktive, mehrgliedrige Multi-Matrix-Verbund-(MMV-)Komponenten dar. Durch die Integration aktiver Elemente in derartige MMV entfällt die Notwendigkeit einer nachträglichen Aktorapplizierung und die Robustheit des Systems wird erhöht. Für die Entwicklung aktiver MMV-basierter Systeme steht jedoch derzeit keine geeignete integrale Konstruktions-Berechnungs-Umgebung (iKBU) zur Verfügung. So können die – den MMV kennzeichnenden – Werkstoff-, Verbund- und Struktureigenschaften, wie etwa Steifigkeit, Nachgiebigkeit und Dämpfung, derzeit noch nicht durchgehend in den Entwicklungsprozess des Gesamtsystems einbezogen werden.

Stand der Forschung und eigene Vorarbeiten

Für die Berechnung effektiver Materialeigenschaften von Faserverbundwerkstoffen haben sich skalenübergreifende Herangehensweisen auf Grundlage der FEM etabliert. Multi-Matrix- bzw. Hybrid-Verbunde zur Einstellung lokal unterschiedlicher Eigenschaftsprofile wurden untersucht, wobei die Gegenüberstellung experimenteller und numerischer Ergebnisse noch aussteht. Die umfassende Untersuchung aktiver Verbundwerkstoffe erfolgte bereits im Rahmen des SFB/TR 39, wobei dort die fertigungstechnische Umsetzung für Großserienanwendungen im Vordergrund stand. Kinematische Systeme in Form von Compliantmechanismen mit faserbasierten Steifigkeitsmodifikationen für thermoplastische FKV wurden vom Antragsteller etwa im Rahmen des SFB 639 erforscht.

© ILK/TUD

Wissenschaftliche Fragestellung und Projektziele

Das übergeordnete Ziel des TP11 ist die methodische Entwicklung und Realisierung von mehrgliedrigen MMV-Strukturen mit maßgeschneiderten Verformungsmustern und kinematischen Algorithmen zur Realisierung zeitlich und örtlich gestaffelter Topologien ohne Starrkörpermechanismen. Für die Generierung derartiger Strukturen unter Berücksichtigung der lokalen Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sind Softwaretools und Schnittstellen für eine integrierte Entwicklungsumgebung zu erarbeiten, in der die Strukturanalyse auch auf Grundlage der Multiskalensimulation durchführbar ist. Dies ermöglicht, dass auch die aktiven MMV-Einzelkomponenten bereits bei der Gestaltung und Auslegung als integrales Gesamtsystem betrachtet werden können. Ausgehend hiervon sollen neuartige, morphologisch komplexe und hierarchisch strukturierte MMV-basierte Systeme und Bauweisen entwickelt werden.

Kontakt

Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Professur für Funktionsintegrativen Leichtbau, Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden

© Christian Hüller

Professur für Funktionsintegrativen Leichtbau

Name

Prof. Dr.-Ing. Niels Modler

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