Konstruktionselemente mit einstellbarer Biegesteifigkeit

In zahlreichen Leichtbaukonstruktionen werden balken- oder plattenförmige Strukturen auf Biegung belastet, wodurch Verformungen entstehen, die von der Größe der Last abhängig sind und sowohl statisch als auch dynamisch auftreten können. Gemeinsam mit der Eigenmasse der Struktur können so schwingungsfähige Systeme mit charakteristischen Resonanzfrequenzen entstehen. Die Größe einer statischen Verformung bzw. die Amplitude und Frequenz von Eigenschwingungen hängen dabei von der Steifigkeit bzw. Nachgiebigkeit und der Dämpfung des Systems ab. Treten während des Betriebs eines Konstruktionselementes überkritische Lasten oder Resonanzen auf, so kann dies zu Überlastungen bis hin zur Zerstörung einzelner Komponenten oder der gesamten Konstruktion führen. Um dies zu vermeiden, ist es wünschenswert, die mechanischen Eigenschaften von Konstruktionselementen während ihres Betriebs an die jeweiligen Umgebungsbedingungen anzupassen. Dazu gibt es seit etwa zwei Jahrzehnten intensive Forschungen, die mit Hilfe neuartiger Werkstoff- und Aktorikkonzepte selbstregulierende Konstruktionselemente entwickeln.

In diesem Band der Buchreich "Dresdner Beiträge zur Sensorik" werden neuartige Ansätze vorgestellt, die mit Hilfe aktiver Werkstoffe, wie elektroaktiver Polymere (EAPs) und Formgedächtnislegierungen (FGL, SMAs - engl. Shape Memory Alloys) die Biegesteifigkeit von Biegebalken um mehr als eine Größenordnung ändern können. Die Arbeit beschäftigt sich mit Möglichkeiten zur Einstellung der Steifigkeit von auf Biegung belasteten, einseitig eingespannten Biegebalken, so genannten Kragbalken, die ihr Flächenträgheitsmoment in einem großen Bereich variieren können. Zur gezielten Einstellung des Flächenträgheitsmoment wird die interne Bauteilstruktur mittels Form- oder Reibschluss verändert. Mit den entwickelten Demonstratoren konnten Steifigkeitsänderungen von fast zwei Größenordnungen nachgewiesen werden.