Teilprojekt C2

Mechanische, mechatronische und adaptronische Technologien zur Stabilisierung von Stäben und Stabwerken

Schlanke Balken in leichten mechanischen Tragwerken sind bei Druck-Axiallasten durch Knicken störanfällig. Die maximal ertragbare axiale Belastung eines Balkens wird durch Unsicherheiten in Bezug auf Material, Geometrie, Belastung oder Stützeigenschaften erheblich verringert, kann jedoch durch aktive Knickkontrolle erhöht werden.

In diesem Teilprojekt C2 wird die aktive Knickstabilisierung eines praktischen Rundbalkens mit relativ geringem Schlankheitsgrad und relativ hoher kritischer Knicklast sowie dynamischer Axiallast untersucht (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1.: a) Rundbalken mit piezo-elastischem Lager, b) Schnittansicht vom piezo-elastischen Lager

Ziel ist es, die maximal ertragbare Axiallast zu erhöhen und die Unsicherheit des Versagens durch Knicken zu verringern. Für letztere wird die probabilistische Unsicherheit der maximal ertragbaren Axialkräfte und laterale Auslenkungen des passiven und aktiven Balkensystems quantifiziert und experimentell ausgewertet. Für die experimentellen Ergebnisse unter quasi-statischen Axiallasten (siehe Abbildung 2) steigt die wahrscheinlichste maximal ertragbare Axiallast um 29% und die Variabilität reduziert sich im Vergleich zum passiven Balkensystem um 70%. Insgesamt tragen die Ergebnisse dieses Teilprojekts zur Anwendung der aktiven Knickkontrolle in praktischen Fachwerkstrukturen bei.

Abbildung 2.: a) absolute modale Auslenkung gegenüber Axiallast, b) normalisiertes Histogramm und gefittete Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (pdf)

In der aktuellen Forschung wird die aktive Knickstabilisierung dreidimensionaler Tragwerkstrukturen untersucht (siehe Abbildung 3). Quasi-statische und dynamische Leistungsfähigkeit gegen Axiallast von passiven und aktiven Tragwerkstrukturen werden miteinander verglichen und die Unsicherheit in der Knickstabilisierung des Tragwerks mit dynamischer Axiallast wird weiter quantifiziert und bewertet.

Bild: M. Schäffner
Abbildung 3.: a) CAD-Skizze der aktuellen experimentellen dreidimensionalen Tetraeder-Tragwerkstruktur, b) Foto des experimentellen Versuchsstands
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  Name Kontakt
Teilprojektleiter
Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz
+49 6151 16-23657
Wissenschaftliche Mitarbeiter/innen
Bild: Fachgebiet SAM
Dr.-Ing. Maximilian Schäffner
+49 6151 705-8539