A. Hintergrund und Motivation

Leichtbaukonstruktionen sind in modernen technischen Anwendungen wie Flugzeugen, Raketen, Fahrzeugen und Robotern unverzichtbar. Allerdings besteht nach wie vor eine grundlegende Herausforderung: Leichtbaukonstruktionen neigen zu hohen Schwingungsamplituden, was zu Materialermüdung, Leistungsminderung oder sogar Funktionsausfällen führen kann. Herkömmliche Lösungen – wie das Hinzufügen von Masse oder der Einbau externer Dämpfungskomponenten – stehen oft im Widerspruch zu den Zielen des Leichtbaus.

Jüngste Forschungen am Alfred-Wegener-Institut (AWI) haben gezeigt, dass bioinspirierte Waben- und Gitterstrukturen die Schwingungseigenschaften erheblich verändern können, einschließlich Änderungen der Eigenfrequenzen und Schwingungsformen. Erste Beobachtungen deuten auch darauf hin, dass unregelmäßige Gittermuster zusätzliche Vorteile bieten können, indem sie das Dämpfungsverhalten über das hinaus verbessern, was mit regulären Gittern erreicht werden kann.

Trotz dieses vielversprechenden Potenzials wurde der Einfluss struktureller Unregelmäßigkeiten auf die Dämpfungseigenschaften bisher nicht systematisch untersucht. Dies stellt eine große Wissenslücke sowohl in der akademischen Forschung als auch in industriellen Anwendungen dar.

Das Projekt „VIbration DAmpening Lattice Structures (VIDA)” zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen, indem eine große Anzahl unregelmäßiger Gitterstrukturen entworfen, hergestellt und getestet wird, um die Strukturmuster zu ermitteln, die die Dämpfungsleistung in Leichtbaukomponenten am effektivsten erhöhen.
 

B. Zielsetzung und Ansatz

Projektziel

Das übergeordnete Ziel des VIDA-Projekts besteht darin, zu ermitteln und zu quantifizieren, wie sich verschiedene Formen struktureller Unregelmäßigkeiten in bioinspirierten Gittergeometrien auf die Schwingungsdämpfung auswirken. Die Ergebnisse werden in allgemeine Konstruktionsregeln für die Entwicklung hochdämpfender Leichtbaukonstruktionen und in Synera-Softwaretools umgesetzt, die Designern weltweit zur Verfügung stehen.

Ansatz

1. Entwurf bioinspirierter Gitterstrukturen
Dutzende komplexer Gittergeometrien – regelmäßige, unregelmäßige und biologisch inspirierte – werden digital entwickelt. Dazu gehören Variationen in der Kantenkonnektivität, Topologie und geometrischen Unordnung.

2. Additive Fertigung
Die entworfenen Strukturen werden mit hochauflösenden Verfahren, die für komplizierte Gittermuster geeignet sind, im 3D-Druck hergestellt.

3. Vibrationsexperimente
Jede Struktur wird Vibrationstests unterzogen, um Folgendes zu messen:

• Eigenfrequenz
• Hysterese-basierte Energieableitung

4. Bewertung und Modellverifizierung
Die experimentellen Ergebnisse werden mit numerischen Modellen verglichen, um die Strukturmuster zu identifizieren, die die Dämpfung am effektivsten verbessern. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für verallgemeinerbare Konstruktionsprinzipien.

5. Synera-Integration
Die extrahierten „Konstruktionsregeln” werden in Synera-Add-Ins umgesetzt, sodass Ingenieure in einer Low-Code-Konstruktionsumgebung automatisch unregelmäßige, dämpfungsoptimierte Gitterstrukturen generieren können.

6. Veröffentlichung und Verbreitung
Die Ergebnisse werden einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift vorgelegt, um die akademische Sichtbarkeit zu gewährleisten und eine breitere Anwendung in Forschung und Industrie zu ermöglichen.