Aktive Funktionsbauweisen: eine Einführung in die Struktronik
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| Format: | Buch |
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| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
1998
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Inhaltsverzeichnis
1. Die Technologie der aktiven Strukturen 1
1.1 Einführung und Überblick 1
1.1.1 Strukturkonzepte 4
1.1.1.1 Die Faserverbundbauweise 5
1.1.1.2 Die aktiven Werkstoffe 5
1.1.1.3 Elektronik und Computertechnologie 6
1.2 «Intelligente» Werkstoffe und Strukturen 7
2. Aktive Werkstoffe für Funktionsbauweisen 12
2.1 Einführung 12
2.1.1 Komponentenverhalten 12
2.1.2 Effektivität 13
2.1.3 Einsatzbereich 13
2.1.4 Integration und Fertigung 13
2.2 Piezoelektrische Materialien 14
2.2.1 Piezoelektrische Werkstoffe für aktive Elemente 14
2.2.1.1 Piezokeramiken 16
2.2.1.2 Die Herstellung 18
2.2.1.3 Physikalische Grundlagen 18
2.2.1.4 Die dielektrische Hysterese 20
2.2.1.5 Das elektrische Feld 20
2.2.1.6 Die elektrische Verschiebung 21
2.2.2 Depolarisierungseffekte 23
2.2.2.1 Die elektrische Depolarisierung 23
2.2.2.2 Die mechanische Depolarisierung 26
2.2.2.3 Die thermische Depolarisierung 26
2.2.3 Die elektromechanische Materialmatrix 26
2.2.3.1 Die Grenzen des linearen Materialmodells 31
2.2.3.2 Rückschlüsse aus dem nichtlinearen Verhalten 34
2.2.4 Beeinflussung der transversalen Aktuationsdehnung 36
2.2.5 Piezokeramiken mit grossem Dehnungsvermögen 40
2.3 Piezoelektrische Polymere 46
2.3.1 PVDF-Filme als modale Dehnungssensoren 52
2.4 Elektrostriktive Materialien 58
2.5 Magnetostriktive Materialien 63
2.6 Formgedächtnislegierungen 65
X Inhaltsverzeichnis
2.6.1 Vergleich vom Formgedächtnislegierungen mit B imetallen. 73
2.6.2 Hybridverbunde mit SMA-Fasern 75
3. Die Interaktion von Struktur und aktiven Elementen 78
3.1 Einführung 78
3.2 Das Modell der konstanten Dehnungsverteilung 81
3.3 Das Bernouilli-Euler-Modell 87
3.3.1 Eingebettete Aktuatoren 87
3.3.2 Aufgeklebte Aktuatoren 90
3.3.3 Berücksichtigung der Klebeschicht 91
3.4 Modellierung mit der finite Elemente Methode 93
3.5 Vergleich der Modelle 95
3.5.1 Ergebnisse zur induzierten Dehnung 95
3.5.2 Der Einfluss der Klebeschicht 97
3.5.3 Der Einfluss der Schubdeformation 99
3.6 Effektivität der induzierten Dehnungsaktuation 102
3.6.1 »bertragung der Deformationsenergie 102
3.6.2 Vergleich zwischen eingebetteten und aufgeklebten
Aktuatoren 105
3.7 Die Theorie dünner Laminate mit integrierten Aktuatoren 107
3.7.1 Ergebnisse zur isotropen Platte 109
3.7.2 Energieformulierung des allgemeinen Plattenproblems 111
3.8 Zusammenfassung 112
4. Die Integration von Struktur- und Regelungsmodell 113
4.1 Einführung 113
4.2 Die Darstellung von Konstruktionen im Zustandsraum 117
5. Die konstruktive Gestaltung und Fertigung aktiver
Funktionsbauweisen 123
5.1 Konstruktive Gesichtspunkte 123
5.1.1 Allgemeine Gestaltngsregeln 126
5.1.1.1 Masseanhäufungen 126
5.1.1.2 Wandstärken 126
5.1.1.3 Aus- und Abrundungen 126
5.1.1.4 Entformungschrägen 126
5.1.1.5 Krafteinleitung 128
5.1.1.6 Maximierung des Trägheits-bzw. Widerstandsmomentes 129
5.1.1.7 Ausnützung der Stützwirkung durch Krümmung 129
5.1.1.8 Gerichtete Versteifungen 129
5.1.1.9 Umfassende Integration von Funktionen 129
5.1.2 Fertigungsrelevante Gesichtspunkte 130
5.2 Die Fertigung aktiver Strukturen mit Piezokeramiken als
aktive Elemente 132
Inhaltsverzeichnis XI
5.2.1 Die Integration von Piezokeramiken in Duroplasten 132
5.2.1.1 Die Integration von Leiterbahnen 135
5.2.1.2 Oberflächenqualität und Gleichmässigkeit der Laminatdicke. 136
5.2.1.3 Prinzipieller Aufbau zur Integration aktiver Elemente 136
5.2.2 Die Integration von Piezokeramiken in Thermoplasten 143
5.3 Spannungsreduktion und Verbesserung der Aktuatoreffizienz
durch konstruktive Massnahmen 149
6. Anwendungsbeispiele für die aktive Funktionsbauweise. 159
6.1 Die statische Verformungskontrolle am Beispiel eines
flexiblen, adaptiven Antennenreflektors 159
6.2 Die aktive, hochgenaue Positionierung 168
6.3 Die aktive Lärmreduzierung in Flugzeugen 170
6.4 Der aktive Adapter 172
Literaturverzeichnis 176
Sachwortverzeichnis 181
Abkürzungen 184 |
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