Optimale Positionierung von Aktuatoren zur aktiven Schwingungsdaempfung von Fachwerkstrukturen.

Kurzfassung

Die Luft- und Raumfahrt, der Automobilbau oder der konstruktive Ingenieurbau stellen an Struktursysteme stets steigende Anforderungen, die nur dann erfuellt werden koennen, wenn von den neuen Moeglichkeiten Gebrauch gemacht wird, die fortschrittliche Werkstoffe sowie echtzeitfaehige Reglerhardware und Regelalgorithmen bieten. Die Integration multifunktionaler Werkstoffe, die neben ihrer kraftflussleitenden Funktion auch als Sensoren und Aktuatoren wirken, und eines Regelsystems ermoeglicht z. B. aktive Vibrationsunterdrueckung und Gestaltregelung sowie eine hohe Ausrichtgenauigkeit, erweitert dadurch die Leistungsgrenzen herkoemmlicher Systeme erheblich und fuehrt somit zu einer neuen Klasse von Strukturen, fuer die die Begriffe "adaptive Strukturen", intelligente Strukturen" und, im Englischen, "smart structures" gepraegt wurden. Im Rahmen des DLR-Projekts ARES (Aktiv Reagierende Elastische Strukturen), das die Realisierung solcher Struktursysteme zum Ziel hat, werden Berechnungsmethoden bereitgestellt, die das Materialverhalten der multifunktionalen Werkstoffe (z. B. piezoelektrische, magnetostriktive Materialien, Formgedaechtnislegierungen) beruecksichtigen (BRINSON (1), LAMMERING (2)). Weiterhin werden strukturkonforme Regelkonzepte entwickelt (MELCHER und WIMMEL (3)). Um die groesstmoegliche Effektivitaet einer adaptiven Struktur zu erreichen, ist es weiterhin erforderlich, die Lage der Aktuatoren und Sensoren zu optimieren. Im folgenden wird fuer adaptive Fachwerkstrukturen die optimale Lage piezo-elektrischer Aktuatoren ermittelt. Das Optimierungsverfahren beruht auf der Independent Modal Space Control Methode (MEIROVITCH und BARUH (4)) sowie auf Finite Element Berechnungen von Eigenvektoren unter Beruecksichtigung des piezoelektrischen Materialverhaltens.