K.Zimmermann: Aktorsysteme auf der Basis steuerbarer Partikel-Matrix-Wechselwirkungen in magnetischen Hybridmaterialien mit Anwendungen für Lokomotion und Manipulation
Beschreibung
Im Projekt soll der Einsatz von Hybridmaterialien, die sich aus magnetischen Partikeln als suspendierte Komponente und komplexen Trägermaterialien zusammensetzen, mit bzw. ohne reversibel veränderbaren Eigenschaften in Aktorsystemen untersucht und in Prototyplösungen für Lokomotions- und Manipulationszwecke umgesetzt werden. Die Anwendung von magneto-sensitiven Elastomeren ermöglicht Aktorsysteme mit adaptivem mechanischen Verhalten, resultierend aus der magnetisch kontrollierten Partikel-Matrix-Wechselwirkung. Aus Ingenieursicht zu erzeugende Charakteristika sind dabei u.a. die Möglichkeit zur Realisierung von komplexen Formänderungen, durch die Objektgestaltung und die Auslegung des Magnetfeldes bzw. die Steuerung der mechanischen Eigenschaften abhängig von der Lastgeschichte und den Umgebungsparametern. Ebenfalls zum Untersuchungsgegenstand werden Strukturen mit einer reversibel variablen, durch Magnetfelder kontrollierbaren, mechanischen Nachgiebigkeit.
Die Basis dafür ist die Vorabdefinition gewünschter Werkstoffeigenschaften und deren Charakterisierung auf Makroebene, da das methodische Vorgehen auf eine modellbasierte Lösung orientiert. Es werden Aktorsysteme untersucht, deren Fokus auf dem Wechselspiel zwischen Materialdeformation und mechanischer Bewegung, in Verbindung mit der Kontrolle und der Stabilität der Bewegung liegt. Ziel ist der modellbasierte Entwurf solcher mechanischen Strukturen für Lokomotion und Manipulation, die den Kontrollaufwand reduzieren.
FEM-Simulation der frequenzabhängigen Bewegungsrichtung eines Lokomotionssystems aus einem magneto-sensitiven Elastomer (Quelle: Böhm, TU Ilmenau, 2012)
Projektleiter
Prof. Dr. Klaus Zimmermann, Technische Universität Ilmenau
Projektmitarbeiter
Tobias Kaufhold, Technische Universität Ilmenau
Tatiana Becker, Technische Universität Ilmenau
Förderzeitraum
2013 -
Publikationen
[1] Zimmermann, K.; Zeidis, I.; Naletova, V.A.; Kalmykov, S.A.; Turkov, V.A.: Model of a Thin Rod with Viscoelastic Magnetizable Material in the Alternating Magnetic Field. Solid State Phenomena Vol. 190, 2012, pp 629-632
[2] Naletova, V. A.; Turkov, V.A.; Pelevina, D.A.; Rozin, A.V.; Zimmermann, K.; Popp, J.; Zeidis, I.: Behavior of a free surface of a magnetic fluid containing a magnetizable cylinder. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 324, 2012, pp. 1253-1257
[3] Naletova, V.A.; Merkulov, D.I.; Zeidis, I.; Zimmermann, K.: Deformation of a body with a magnetizable polymer in a uniform magnetic field. 9th Int. Confer. on Fundamental and Applied MHD, Thermo Acoustic and Space Technologies - pamir 2014, Riga, Latvia, June 16-20, 2014, Proc., Vol. 2, pp. 322– 325
[4] Zimmermann, K.; Zeidis, I.; Böhm, V.; Kaufhold, T.; Volkova, T.; Waske, A.; Krautz, M.; Schrödner, M.; Popp, J.; Kästner, M.; Spieler, C.: Mechanics of Actuators based on Magnetic Hybrid Materials with Application for Robotics, Fluid Control and Sensor Technology. Scientific Journal of IFToMM “Problems in Mechanics”, 57 (2014) 4, pp. 23-41, ISSN 1512-0740
Kontakt
TU Ilmenau
Fahgebiet Technische Mechanik
Max-Planck-Ring 12 (Haus F)
98693 Ilmenau