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E-Book

Adaptronik

Prinzipe - Funktionswerkstoffe - Funktionselemente - Zielfelder mit Forschungsbeispielen

AutorJohannes Michael Sinapius
VerlagSpringer Vieweg
Erscheinungsjahr2018
Seitenanzahl507 Seiten
ISBN9783662558843
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis49,99 EUR
Seit den achtziger Jahren forschen Wissenschaftler an adaptiven Strukturen für Materialien, für multifunktionale Elemente oder sogar für vollständige Systeme. Dabei ist die Adaptronik (englisch: smart materials, smart structures, smart systems)  ein Fachgebiet von ausgeprägter Interdisziplinarität. Das Buch bietet daher eine interdisziplinäre Betrachtung von adaptronischen Systemen, Werkstoffen und Funktionselementen und ihren Anwendungen. Der Lehrstoff integriert verschiedene ingenieurwissenschaftliche Disziplinen, von Elektro- und Informationstechnik über Fertigungs- und Regelungstechnik bis zu Werkstofftechnik und Strukturmechanik - um nur einige der relevanten Fachgebiete zu nennen. 
Ausgehend von den grundlegenden Prinzipien und Varianten adaptronischer Systeme und Funktionswerkstoffe werden in dem Lehrbuch die unterschiedlichen Bauweisen von Funktionselementen erläutert. Darauf aufbauend lernen Leser, wie diese Kenntnisse auf die aktive Formkontrolle, die aktive Vibrationskontrolle und die aktive Vibroakustik anzuwenden sind. Für jedes dieser Themenfelder stellt der Autor aktuelle Beispiele aus der Forschung vor, diskutiert Forschungsergebnisse und zukünftige Forschungsfragen. Jedes der neun Kapitel schließt mit Hinweisen auf weiterführende Literatur. Ein Verzeichnis der verwendeten mathematischen Symbole und ein Stichwortverzeichnis erleichtern Lesern das Lernen.
Das Buch wendet sich an Masterstudierende in ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen wie Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Mechatronik, Kraftfahrzeugtechnik sowie verwandte Studiengänge. Praktikern in der Industrie, die sich in das Gebiet der Adaptronik einarbeiten wollen, bietet das Buch einen umfassenden Überblick und es dient zugleich ein zuverlässiges Nachschlagewerk.



Michael Sinapius wurde an der RWTH Aachen promoviert und ist seit 1989 Wissenschaftler am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Von 2003 bis 2011 war er Professor für adaptiven Leichtbau an der Otto-von-Guericke Universität in Magdeburg. Seit 2011 ist er Professor für adaptronische Systeme an der Technischen Universität Braunschweig und leitet das Institut für Adaptronik und Funktionsintegration.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Danksagung8
Inhaltsverzeichnis10
Nomenklatur15
1 Einführung25
Literatur30
2 Prinzipe der Adaptronik32
2.1 Einführende Beispiele adaptronischer Systeme32
2.2 Elemente der Adaptronik36
2.3 Varianten adaptiver Systeme37
2.4 Bausteine adaptiver Systeme39
2.5 Zusammenfassung40
Literatur41
3 Funktionswerkstoffe42
3.1 Kennzeichen von Funktionswerkstoffen43
3.2 Elektromechanische Wandler52
3.2.1 Piezoelektrische Keramiken53
3.2.2 Elektroaktive Polymere92
3.3 Thermomechanische Wandler101
3.3.1 Formgedächtnislegierungen101
3.3.2 Formgedächtnispolymere110
3.4 Forschungsprojekte113
3.4.1 Aktoren auf Basis von nanoskaligen Kohlenstoffröhren114
3.5 Zusammenfassung147
Literatur147
4 Adaptronische Funktionselemente152
4.1 Piezokomposite152
4.1.1 0-3-Piezokomposite155
4.1.2 1-3-Piezokomposite156
4.1.3 1-2-Piezokomposite159
4.1.4 2-2-Piezokomposite160
4.1.5 Nutzung von Eigenspannungen in Piezokompositen161
4.1.6 Vergleichende Betrachtung der Bauformen von Piezokompositen164
4.2 Stellwegvergrößernde Wandler165
4.3 Aktoren dielektrischer Elastomere175
4.4 Forschungsprojekte177
4.4.1 Radial-sensorische PVDF-Fasern177
4.5 Zusammenfassung185
Literatur185
5 Aktive Formkontrolle188
5.1 Ziele aktiver Formkontrolle188
5.2 Integration von Funktionselementen in Bauteile189
5.3 Aktivierbare Faserverbunde196
5.3.1 Nutzung von Verformungskopplung211
5.3.2 Auswirkung der Integration auf Steifigkeit und Festigkeit218
5.4 Selektiv verformbare Leichtbaustrukturen220
5.5 Forschungsprojekte224
5.5.1 Zelluläre, durch Innendruck aktuierte, formvariable Strukturen224
5.5.2 Adaptive Tragflügelvorderkante241
5.5.3 Aktive Folienlager249
5.6 Zusammenfassung261
Literatur262
6 Aktive Vibrationskontrolle264
6.1 Ziele der aktiven Vibrationskontrolle265
6.2 Grundlagen der aktiven Vibrationskontrolle265
6.2.1 Wellenausbreitung in Festkörpern266
6.2.2 Körperschallinterferenz273
6.2.3 Stehende Wellen277
6.2.4 Dämpfungseinfluss285
6.2.5 Einfluss integrierter Funktionselemente287
6.2.6 Antwortverhalten291
6.2.7 Lokale und örtlich verteilte destruktive Interferenz299
6.2.8 Diskretisierte Beschreibung der Schwingungen kontinuierlicher Strukturen301
6.3 Strukturdynamische Identifikation aktivierbarer Strukturen309
6.3.1 Einfreiheitsgradmethoden311
6.3.2 Mehrfreiheitsgradmethoden317
6.4 Varianten der aktiven Vibrationskontrolle323
6.4.1 Lokale Vibrationsunterdrückung323
6.4.2 Globale Vibrationsunterdrückung325
6.4.3 Schwingungsisolation329
6.4.4 Aktive Skyhook-Isolation332
6.4.5 Adaptive Tilgung334
6.4.6 Elektromechanische Tilgernetzwerke340
6.5 Forschungsprojekte350
6.5.1 Aktive Schwingungsberuhigung in kraft- und fußpunktangeregten Strukturen350
6.5.2 Aktive Schwingungsberuhigung in der Parallelrobotik359
6.5.3 Aktiv verwindbares Rotorblatt362
6.6 Zusammenfassung370
Literatur371
7 Regelung adaptiver Strukturen374
7.1 Vorbetrachtungen und Ziele374
7.2 Grundlegende Regelungsstrategien377
7.2.1 Rückkopplung378
7.2.2 Störgrößenaufschaltung379
7.2.3 Steuerungssignale aus digitaler Filterung380
7.2.4 Optimalsteuerung382
7.2.5 Hybridregelung386
7.2.6 Adaptive Regelung386
7.3 Forschungsprojekte387
7.3.1 Aktive Schwingungsberuhigung in Strukturen mit wechselnden Schwingungseigenschaften387
7.4 Zusammenfassung396
Literatur396
8 Aktive Schallbeeinflussung398
8.1 Ziele der aktiven Schallbeeinflussung398
8.2 Grundlagen der aktiven Schallbeeinflussung400
8.2.1 Wahrnehmung von Schall400
8.2.2 Schallfeldbeschreibung403
8.2.3 Schallinterferenz414
8.2.4 Schallabstrahlung von elementaren Quellen416
8.2.5 Schallabstrahlung von Platten425
8.2.6 Schallausbreitung in geschlossenen Räumen444
8.3 Varianten der aktiven Schallbeeinflussung455
8.3.1 Aktive Schalldruckreduktion - Active Noise Control456
8.3.2 Aktive Vibrationskontrolle - Active Vibration Control458
8.3.3 Aktive Struktur-Akustik-Regelung – Active Structural Acoustic Control458
8.4 Forschungsprojekte463
8.4.1 Beeinflussung der Schalltransmission in Flugzeugrümpfen mit aktiven Steuerungen463
8.5 Zusammenfassung472
Literatur472
9 Integrierte Bauteilüberwachung474
9.1 Ziele einer integrierten Bauteilüberwachung474
9.2 Modale Methode einer integrierten Bauteilüberwachung477
9.3 Integrierte Bauteilüberwachung durch Analyse geführter Wellen481
9.4 Forschungsprojekte488
9.4.1 Lokalisierung von Schäden in komplexen Faserverbundstrukturen488
9.5 Zusammenfassung498
Literatur499
Sachverzeichnis500

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