Bauwerke sind von zentraler Relevanz im Leben der Menschen. Zu deren Erstellung wendet der Bausektor einen großen Anteil der weltweiten Ressourcen auf und stößt große Mengen an Treibhausgasen aus. Mit Blick auf den prognostizierten Baubedarf, werden neue Ansätze des Bauens gebraucht. Adaptive Gebäude bieten einen vielversprechenden Lösungsansatz. Im Vergleich zu konventionellen Bauten, beinhalten adaptive Gebäude Sensoren, Aktoren und eine Steuereinheit. Das Bauwerk ist dadurch in der Lage, sich aktiv an veränderliche Lasten anzupassen und das vorhandene Baumaterial effizient zu nutzen.
Adaptive Tragwerke stellen neue Herausforderungen an die Branche, die nur mit einem interdisziplinären Ansatz gelöst werden können. Diese Dissertation beschäftigt sich mit regelungstechnischen Fragestellungen bei adaptiven Tragwerken und erprobt die Methoden unter anderem an einem 37m hohen adaptiven Hochhaus.
Die Grundlage bildet die Modellierung der adaptiven Tragwerke. Insbesondere für druckschlaffe Elemente, die unter Druck keine Kraft übertragen, werden Modellgleichungen formuliert. Zum Betrieb adaptiver Tragwerke sind Regelungskonzepte zur Kompensation statischer Lasten und zur aktiven Dämpfung von Schwingungen notwendig. Die statische Lastkompensation reduzierte die mittlere Verformung eines Tragwerks um 87%. Für die aktive Schwingungsdämpfung wird die Methode der approximativ linearisierenden Eingangstransformation entwickelt, wobei der nichtlinearen Systemdynamik eine lineare Dynamik aufgeprägt wird. Anschließend wird eine Schwingungsdämpfung als modellprädiktive Regelung ausgeführt. Diese Dissertation folgt einer interdisziplinären Perspektive und schafft eine Basis für zukünftige regelungstechnische Arbeiten mit Bezug zu adaptiven Tragwerken.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Unter adaptiven Tragwerken versteht man tragende Strukturen von Bauwerken, die in der Lage sind sich aktiv an veränderliche äußere Lasten anzupassen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Tragwerksadaption am Beispiel von Seilfassaden. Dazu wird ein mathematisches Modell zur Beschreibung des Verformungsverhaltens von Seilfassaden unter Last entwickelt und experimentell validiert. Darauf aufbauend wird eine Regelung zur Realisierung der Tragwerksadaption entworfen, die sich aus einer statischen Lastkompensation und einer überlagerten aktiven Schwingungsdämpfung zusammensetzt. Numerische und experimentelle Ergebnisse bestätigen die gute Eignung des Regelungskonzepts. Abschließend wird ein Verfahren zur optimale Platzierung von Aktoren in Seilfassaden vorgestellt.
Aktualisiert: 2021-12-20
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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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Magnetführungssysteme für Werkzeugmaschinen bieten eine vielversprechende Perspektive zum Einsatz in produktiven Bearbeitungsmaschinen. Sie vereinigen bei vollständiger Wartungs- und insbesondere Medienfreiheit viele Vorzüge auf sich, die bislang nur mit hydrostatischen oder aerostatischen Lagerungen erreicht werden können. Gleichzeitig bieten solche Systeme durch Ihre hohe Aktor- und Sensordynamik prinzipiell weitere Entwurfsfreiheitsgrade, die bislang noch weitgehend ungenutzt bleiben. Als übergeordnetes Ziel der vorliegenden Arbeit sollten Wege aufgezeigt werden, den Aufbau aktiver Magnetführungen weiter zu verbessern und das mechatronische System auf eine möglichst umfassende Art zu nutzen.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Das Buch informiert praxisbezogen über den aktuellen Stand von geräuscharmen Haustechnikanlagen und wie diese geplant, gebaut und betrieben werden. Es informiert über die gesetzlichen Grundlagen in Deutschland, Österreich und der Schweiz, die wichtigsten physikalischen, bau- und raumakustischen Grundlagen, die von Haustechnikanlagen ausgehenden Lärmprobleme sowie die Maßnahmen zur Lärmbekämpfung an Haustechnikanlagen.
Die theoretischen Ausführungen werden durch viele Berechnungs- und Ausführungsbeispiele aus der Praxis ergänzt.
Aktualisiert: 2022-06-22
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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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