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C: Integrative Bauelemente

C02 – Integrierte Fluidaktoren

Wie können fluidische Aktoren in ein Tragwerk integriert werden und wie können diese Spannungen und Verformungen reduzieren sowie das Schwingungsverhalten beeinflussen?

Eine Möglichkeit, um auf veränderte Einwirkungen (z. B. Schnee und Wind) auf Baustrukturen zu reagieren, stellen adaptive Tragwerke dar. Hierzu werden in diesem Teilprojekt bauteilintegrierte Fluidaktoren entwickelt und erprobt, die das Verhalten der tragenden Elemente beeinflussen.

Dabei wandeln Aktoren fluidische Drücke in Kräfte um, die gezielt in das Tragwerk geleitet werden. 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.

Die zentrale Fragestellung im Teilprojekt C02 lautet damit:

Wie können fluidische Aktoren in ein Tragwerk integriert werden und wie können diese Spannungen und Verformungen reduzieren sowie das Schwingungsverhalten beeinflussen?

Ziel des Teilprojekts ist es, bauteilintegrierte Aktoren zu entwickeln und experimentell im Tragwerk zu validieren. Der Fokus soll auf einem kurzfristig adaptierenden, schnell agierenden Aktortypus liegen, um das Schwingungsverhalten von Gebäuden beeinflussen zu können. Betrachtet werden Tragwerkselemente, deren Lastabtrag überwiegend über Biegung funktioniert. In einem ersten Schritt werden lineare Bauteile (Biegeträger) und danach flächige Bauteile (Platten) untersucht. Entsprechend der für einen Einsatz im Bauwesen erforderlichen Eigenschaften sollen diese Aktoren hohe, in zwei unterschiedliche Raumrichtungen wirkende Kräfte schnell und zeitgleich erzeugen können.

Prinzipskizze eines integrierten Fluidaktors in einem Plattenelement zur Beeinflussung der Verformungen und Spannungen (c) ILEK/IKTD
Prinzipskizze eines integrierten Fluidaktors in einem Plattenelement zur Beeinflussung der Verformungen und Spannungen

Solche bauteilintegrierten Aktoren gibt es weder im Maschinenbau noch in verwandten Bereichen. Obwohl für einen Teil der Problemstellung auf bereits vorhandenes Wissen aus dem Maschinenbau zurückgegriffen werden kann, betritt C02 bei der Erforschung möglicher Konstruktionsprinzipien und bei der Bauteilintegration derartiger Aktoren wissenschaftliches Neuland. Die Entwicklung des Fluidaktors und dessen Integration in ein Tragwerk sind eng miteinander verbunden und können nicht getrennt voneinander bearbeitet werden.

Innerhalb des SFBs erarbeitet das Teilprojekt C02 ein neuartiges Konzept für die Aktuierung einer primären Tragstruktur mittels fluidischer Aktoren. Daraus ergibt sich eine vielfältige Anzahl und Art der Schnittstellen zu anderen Teilprojekten.

Verformungsreduktion durch Adaptivität am Beispiel des Stuttgarter Trägers (c) ILEK
Verformungsreduktion durch Adaptivität am Beispiel des Stuttgarter Trägers

Hydraulisch aktuierbare Auflager der Stuttgarter SmartShell (c) ILEK
Hydraulisch aktuierbare Auflager der Stuttgarter SmartShell

Teilprojektleiter

  • Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz, Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design
     
  • Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Dr. h.c. Werner Sobek, Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren

Ansprechpersonen

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M.Sc.

Timon Burghardt

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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Dipl.-Ing.

Christian Kelleter

Wissenschaftlicher Mitarbeiter