Hintergrund und Motivation
- Jede Struktur schwingt mit einer charakteristischen Eigenschwingung, die durch eine bestimmte Frequenz (Eigenfrequenz) und eine Schwingform (Eigenmode) definiert ist. Wirken externe Frequenzen auf eine Struktur, kann es zu einer erhöhten Schwigungsamplitude kommen, sobald die externen Frequenzen mit den Eigenfrequenzen der Struktur übereinstimmen. Diese Resonanzphänomene gilt es zu vermeiden, denn sie können zur Strukturzerstörung führen. Eine Möglichkeit, Resonanz zu verhindern, besteht in der Verschiebung der Eigenfrequenzen, damit sie nicht mehr mit externen Frequenzen zusammenfallen. Und genau darum geht es in diesem Projekt: Erhöhung (Maximierung) von Struktureigenfrequenzen durch den Einsatz biologisch-inspirierter Strukturen und Optimierungsverfahren.
In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg sollen die Forschungserkenntnisse auf eine Magnetträgerstruktur für den neuen Teilchenbeschleuniger PETRA IV angewandt werden, um gleichzeitig hohe Eigenfrequenzen und eine hohe Steifigkeit sowie eine geringe Masse zu erreichen.
Die Untersuchung des Einflusses struktureller Komponenten auf die Eigenschwingungen von Strukturen ist für viele Anwendungsbereiche von großem Interesse. Mögliche Anwendungsfelder sind u. a. Maschinenbau, Automotive, Luft- und Raumfahrt, Bauwesen und Optik.
Ziele und Vorgehen
Das Projekt umfasst mehrere kleine Projekte, die bearbeitet werden:
- Einfluss biologisch-inspirierter, komplexer Gitterstrukturen auf die Eigenfrequenzen
- Einfluss biologisch-inspirierter, komplexer Wabenstrukturen auf die Eigenfrequenzen
- Einfluss von Strukturverformungen auf die Eigenfrequenzen entsprechend den Eigenmoden, wie es in Diatomeen zu finden ist
- Aufbau eines Entwicklungsprozesses für eine optimierte, biologisch-inspirierte Magnetträgerstruktur für den Teilchenbeschleuniger PETRA IV (DESY)
- Einfluss biologisch inspirierter, komplexer Strukturen auf die Dämpfungseigenschaften
- Formulierung genereller Prinzipien zur Eigenfrequenzmaximierung von Strukturen, die in Form von Algorithmen in eine Optimierungssoftware integriert werden
Einige Unterprojekte sind bereits bearbeitet und die Ergebnisse veröffentlicht worden. Weiter unten finden Sie weitere Informationen zu den einzelnen Unterprojekten.
Aktuelles
Abschlussarbeiten
Im Rahmen dieses Projekts können Abschlussarbeiten durchgeführt werden:
- - derzeit ist kein konkretes Thema vorgegeben -
Initiativbewerbungen nehmen wir gerne an und können an Sandra Coordes gerichtet werden. Wichtig ist uns, dass aus der Bewerbung die eigene Motivation, der Bildungsweg und die bisherigen, praktischen Erfahrungen/Berufserfahrungen hervorgehen.
Veröffentlichungen
- S. Andresen, N. Meyners, D. Thoden (2021) Innovative and Biologically Inspired PETRA IV Girder Design. Proceedings of the 11th Mechanical Engineering Design of Synchrotron Radiation Equipment and Instrumentation (MEDSI) Conference (Chicago, USA), JACoW Publishing
- S. Andresen (2021) Impact of Different Components and Boundary Conditions on the Eigenfrequencies of a Magnet-Girder Assembly. Instruments 5(3), 29.
- S. Andresen (2021): Impact of Bio-inspired Structural Irregularities on Plate Eigenfrequencies. In: Sapountzakis E.J., Banerjee M., Biswas P., Inan E. (eds) Proceedings of the 14th International Conference on Vibration Problems. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Singapore.
- S. Andresen, L. M. Lottes, S. K. Linnemann, R. Kienzler (2020): Shape adaptation of beams (1D) and plates (2D) to maximise eigenfrequencies. Advances in Mechanical Engineering Volume 12(11). pp 1-18
- S. Andresen, A. Bäger, C. Hamm, (2020): "Eigenfrequency maximisation by using irregular lattice structures". Journal of Sound and Vibration
- Andresen, S. (2019): “Improving vibration characteristics by using bio-inspired structures“, In: Kesel, A.B., Zehren, D. (Eds): Bionik: Patente aus der Natur. Innovationspotenziale für Technologieanwendungen, 9. Bremer Bionik-Kongress
- Andresen, S. (2018): “Optimizing the PETRA IV Girder by Using Bio-Inspired Structures”, In: Schaa V.R.W., Tavakoli K., Tilmont M. (Eds): Proceedings of the 10th Mechanical Engineering Design of Synchrotron radiation equipment and Instrumentation (MEDSI’18) Conference, JACoW Publishing, Geneva, Switzerland, pp. 297-301.
- Andresen, S. (2018): „Untersuchung von Eigenschwingung und Leichtbaupotenzial unterschiedlicher Gitterstrukturen am Beispiel von Magnetuntergestellen von Teilchenbeschleunigern“, NAFEMS Online-Magazin 4, 57-63