C02 – Integrierte Fluidaktoren

Integrierte Fluidaktoren

Durch die Integration von Fluidaktoren in Tragwerkselemente, wie Balken oder Platten, soll der Lastabtrag optimiert werden. Damit kann eine Tragfähigkeitssteigerung und infolge dessen eine Massenersparnis erzielt werden.

Eine Möglichkeit den Lastabtrag auch bei veränderlichen Einwirkungen zu optimieren stellen adaptive Tragwerke dar. Dabei werden durch Aktoren erzeugte Kräfte gezielt in das Tragwerk geleitet. Auf diese Weise werden Spannungen und Verformungen im Bauteilinneren erzeugt, die den durch die äußeren Einwirkungen hervorgerufenen Spannungen und Verformungen entgegenwirken. Somit verringern sich insgesamt die Spannungen sowie die Gesamtverformung des Bauteils.

Bei den bisher erforschten Aktuierungskonzepten werden die Aktorkräfte an den Oberflächen und Rändern in das Tragwerkselement eingeleitet und manipulieren dieses als Ganzes. Die Integration von Aktoren in das Tragwerkselement bietet die Möglichkeit der lokalen, gezielten Beeinflussung ausschließlich dort, wo Sie notwendig ist.

In der ersten Förderperiode wurde für einen Betonbalken simulativ und experimentell nachgewiesen, dass durch die lokale Aktuierung mit integrierten Fluidaktoren eine vollständige Kompensation der Durchbiegung aus äußerer Einwirkung möglich ist. Da bei biegebeanspruchten Bauteilen häufig die Verformungen für die Dimensionierung der Bauteilquerschnitte maßgebend sind, ist somit eine deutliche Querschnittsminderung oder Laststeigerung möglich.

In der zweiten Förderperiode sollen die Prinzipien nun für mehraxial spannende Platten erweitert werden. Diese Bauteile umfassen beispielsweise bei einer Skelettbauweise 50% der Bauwerksmasse und bieten damit ein noch größeres Potential zur Einsparung von Ressourcen im Vergleich zu den Betonbalken der ersten Förderperiode. Weiterhin ergeben sich durch die zusätzliche räumliche Dimension neue Fragenstellungen. Integrierte Aktoren, die den spezifischen Anforderungen des mehraxialen Lastabtrags gerecht werden, existieren weder im Maschinenbau noch in verwandten Domänen. Die zentrale Fragestellung im Teilprojekt C02 lautet damit:

Wie müssen Fluidaktoren zur Integration in ein Plattentragwerk ausgeführt werden? Wie können mit diesem System die Spannungen, Verformungen und Schwingungen reduziert werden?

PROJEKTTEAM

Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design
Matthias Bosch, M.Sc.
Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz

Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren
Markus Nitzlader, M. Eng.
Prof. Dr.-Ing. M.Arch. Lucio Blandini

Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design
Prof. Dr.-Ing. Matthias Kreimeyer

PROJEKTFÖRDERUNG
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)