Die vorliegende Arbeit behandelt eine neuartige Methode zur Schwingungsdämpfung von zyklisch-symmetrischen Strukturen mittels beschalteter Piezowandler. Hierzu werden piezoelektrische Wandler auf den zyklischen Segmenten der Struktur appliziert und mit elektrischen Netzwerken beschaltet. Kommt es zu Strukturschwingungen, überführen die Piezowandler einen Teil der mechanischen Energie in elektrische Energie. Dieser Energieanteil wird dann an elektrischen Widerständen dissipiert und in der Folge sinken die Schwingungsamplituden der Struktur. Eine besondere Herausforderung bei der Auslegung der beschalteten Piezowandler ergibt sich aus der zyklischen Symmetrie, die zur Ausbildung von umlaufenden Schwingungsformen führt.
Es werden Methoden zur Berechnung der optimalen Platzierung der Piezowandler erarbeitet und eine Netzwerktopologie entwickelt mit der umlaufende Schwingungsformen gedämpft werden können. Mittels eines neuartigen modal-physikalischen Modells wird die Dämpfungswirkung der beschalteten Piezowandler numerisch berechnet. Anhand eines geometrisch einfachen Modellschaufelkranzes wird das Dämpfungsprinzip auf eine Anwendbarkeit in Turbomaschinen hin untersucht und die gute Dämpfungswirkung in experimentellen Untersuchungen erfolgreich nachgewiesen.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Der Einsatz von beschalteten Piezoelementen zur Dämpfung von mechanischen Schwingungen weist insbesondere im Leichtbau und in Präzisionsmaschinen Vorteile gegenüber herkömmlichen Dämpfungs-systemen auf. Während die üblicherweise verwendeten linearen Netzwerke lediglich auf einen Systemzustand abstimmbar sind, erlauben die so genannten Switching-Techniken ein Umschalten zwischen zwei Netzwerken. Durch geeignete Anpassung der Schaltzeitpunkte lässt sich eine hohe Dämpfungswirkung in einem großen Frequenzbereich erzielen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Dämpfungswirkung der Switching-Netzwerke mit der von herkömmlichen Resonanzbeschaltungen verglichen und es werden die optimalen Netzwerkparameter und Schaltzeitpunkte bestimmt. Als weitere Beschaltungen werden negative Kapazitäts-Netzwerke sowie aktive Geschwindigkeitsrückführungen untersucht.
Als relevante technische Anwendung wird eine Scheibenbremse untersucht. Hierbei wird gezeigt, dass bei entsprechender Beschaltung das Bremsenquietschen unterdrückt werden kann.
Aktualisiert: 2019-10-17
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