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Pressure-actuated cellular structures: design and evaluation

Gramüller, Benjamin (2016) Pressure-actuated cellular structures: design and evaluation. Smarte Strukturen und Systeme, 1 (1). De Gruyter. ISBN 3110467135. ISSN 3110467135

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Abstract

Ein biologisch inspiriertes Konzept zur Gestaltung energieeffizienter und leichter formvariabler Strukturen wird untersucht. Ähnlich dem Funktionsprinzip des Bewegungsapparates nastischer Pflanzen werden das als druckaktuierte zelluläre Struktur (PACS) bezeichneten System über die kontrollierte volumetrische Ausdehnung von mit Druck beaufschlagten Zellen aktuiert. Die Vorzüge der fluidischen Aktuierung lassen sich dabei auf eine formvariable einfach gekrümmte Struktur übertragen, welche sich stufenlos und mit einstellbarer Steifigkeit zwischen spezifizierbaren Formzuständen deformieren lässt. Der Fokus der hier vorgestellten Untersuchungen liegt auf dem erstmals ganzheitlich betrachteten Entwurfsprozess für PACS, sowie auf dessen numerischer und experimenteller Evaluierung. Den initialen Prozessschritt zum Entwurf der PACS bildet ein Optimierungsprozess, welcher die Geomtrie des Zellverbundes derart kontrolliert, dass vordefinierte Zieldeformationen erreicht werden. Zellinterne Drucklasten, als treibende Kraft für die Deformation, sowie externe Punkt-, Linien, und Flächenlasten werden bei dieser Optimierung berücksichtigt. Die ganzheitliche Prozesskette umfasst des Weiteren Methoden zur Charakterisierung des Strukturverhaltens, zur Gestaltung der Querschnittsgeometrie des Zellkörpers, zum Entwurf des Zellverschlusses sowie zum Montagekonzept und der Fertigungsvorbereitung. Die Evaluierung des Entwurfsprozesses und der zugrundeliegenden Methoden erfolgt numerisch als auch anhand von experimentellen Ergebnissen. Die Prozesse zur Auslegung und Fertigung der dazu verwendeten PACS werden zusammen mit dem Versuchsaufbau beschrieben. Die Funktionalität der Prozesskette zum ganzheitlichen Entwurf der PACS wird experimentell validiert. Ein Vergleich wischen Soll- und Ist-Werten erfolgt im Wesentlichen anhand von Deformationen und zeigt Verbesserungspotentiale auf. Im Ausblick wird auf Möglichkeiten eingegangen diese zur Prozessverbesserung zu nutzen.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/105406/
Document Type:Proceedings
Title:Pressure-actuated cellular structures: design and evaluation
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Gramüller, Benjaminbenjamin.gramueller (at) dlr.deUNSPECIFIED
Date:24 October 2016
Refereed publication:Yes
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Volume:1
Editors:
EditorsEmail
Wiedemann, Martinmartin.wiedemann@dlr.de
Publisher:De Gruyter
Series Name:Smarte Strukturen und Systeme
ISSN:3110467135
ISBN:3110467135
Status:Published
Keywords:formvariable Strukturen, zelluläre Strukturen, druckaktuierte Strukturen, PACS, Bionik
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:fixed-wing aircraft
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L AR - Aircraft Research
DLR - Research theme (Project):L - Structures and Materials
Location: Braunschweig
Institutes and Institutions:Institute of Composite Structures and Adaptive Systems > Functional Lightweight Structures
Deposited By: Gramüller, Benjamin
Deposited On:16 Oct 2016 12:38
Last Modified:16 Oct 2016 12:38

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