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Anisotropic flexure hinges: Manufacturing and mechanical characterization for application in pressure-actuated morphing structures

Meyer, Patrick und Vorhof, Michael und Koord, Josef und Sennewald, Cornelia und Hühne, Christian (2023) Anisotropic flexure hinges: Manufacturing and mechanical characterization for application in pressure-actuated morphing structures. Composites Part B Engineering. Elsevier. doi: 10.1016/j.compositesb.2023.110967. ISSN 1359-8368.

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Kurzfassung

Shape-morphing structures based on pressure actuation promise efficiency gains and performance improvements in aeronautics, but require complex three-dimensional geometries. The compliance of these morphing structures originates from local areas of reduced wall thickness. However, the required high wall thickness ratios are challenging for integral fabrication from high-performance fiber-reinforced plastics, which are demanded to achieve high load-bearing capacity. This study investigates different woven flexure hinges made from a hybrid yarn of glass fibers and the polyamide PA6 for application in pressure-actuated cellular structures. The flexure hinges are mechanically characterized under pure axial and pure bending loading in a tensile and a column bending test method specifically derived for flexure hinges. The specimen quality is further assessed by permeability testing, optical microscopy, and thermogravimetric analysis. This study shows that the stiffness of anisotropic flexure hinges can be determined in simple mechanical tests without the need for complex modeling of reinforcing fibers or consideration of manufacturing-specific effects. The mechanical properties of a double-layer hinge configuration are superior to those of a single-layer configuration, whereas integrating additively manufactured PA6 inlays into the woven preform offers an effective approach for achieving high wall thickness ratios. The most promising hinge configuration is selected for the integral fabrication of the aeronautical morphing structure, which consists of multiple pressurized cells.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/197952/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:This research was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) Project-ID 280656304.
Titel:Anisotropic flexure hinges: Manufacturing and mechanical characterization for application in pressure-actuated morphing structures
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Meyer, Patrickpat.meyer (at) tu-braunschweig.dehttps://orcid.org/0000-0001-7308-5138NICHT SPEZIFIZIERT
Vorhof, Michaelmichael.vorhof (at) tu-dresden.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koord, JosefJosef.Koord (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2749-1546NICHT SPEZIFIZIERT
Sennewald, Corneliacornelia.sennewald (at) tu-dresden.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hühne, ChristianChristian.Huehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2218-1223144038763
Datum:25 August 2023
Erschienen in:Composites Part B Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.compositesb.2023.110967
Verlag:Elsevier
ISSN:1359-8368
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Compliant mechanism Fabrics/textiles Mechanical testing Optical microscopy Compression moulding Weaving
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - keine Zuordnung
Standort: Braunschweig , Stade
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Funktionsleichtbau
Hinterlegt von: Koord, Josef
Hinterlegt am:10 Okt 2023 08:46
Letzte Änderung:18 Okt 2023 13:30

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