Strukturdämpfung in Kontakten und Fügestellen unter gleichzeitiger Wirkung von Normal- und Tangentialschwingungen (Relaxationsdämpfung)

• Antragsteller: Professor Dr. Valentin L. Popov
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 376489566

Das vorliegende Projekt ist der aktiven Steuerung der Strukturdämpfung gewidmet - einem wichtigen und in vielen Bereichen des Ingenieurwesens noch nicht gelösten Problem. Beteiligte Konstrukteure der Internationalen Raumstation berichten beispielsweise, dass Astronauten aufgrund der schwachen Dämpfung der Struktur der ISS permanent unter starker Lärmbelastung arbeiten und leben müssen. Durch die Metallkonstruktion der ISS und Abwesenheit von dämpfendem Material werden selbst kleine Lärmquellen, z.B. Lüfter, die auf der Erde nicht auffallen würden, zu einem großen Problem. Da massive Dämpfer aus Gewichtsgründen nicht verwendet werden können, ist das Problem bisher ungelöst. In solchen Situationen kann es sinnvoll sein, sich auf Strukturdämpfung, z.B. unter Ausnutzung von Reibstellen zu verlassen. Im vorliegenden Projekt werden wir Möglichkeiten betrachten, die Strukturdämpfung durch Reibkontakte zu beeinflussen - entweder durch konstruktionsbedingte Fügestellen oder speziell zum Zwecke der Dämpfungssteuerung eingerichtete Kontakte. Obwohl Fügestellen mit Mikrogleiten einen wichtigen Beitrag zur Dämpfung realer Strukturen liefern, ist man heute noch nicht in der Lage, sie genau zum modellieren und somit auch zu kontrollieren. Aus unserer Sicht gibt es dafür zwei Gründe. Zum einen sind Tangentialkontaktprobleme mit Reibung mathematisch besonders anspruchsvoll - aufgrund diverser Nichtlinearitäten, die im Kontakt auftreten sowie der Kompliziertheit der Randbedingungen, die nicht im Voraus bekannt und nur iterativ im Laufe der Lösung bestimmbar sind. Dies ist möglicherweise der Grund dafür, dass ein wichtiger Dissipationsmechanismus in Reibkontakten bisher übersehen wurde. Dieser vor kurzem von uns vorgeschlagene Mechanismus, den wir "Relaxationsdämpfung" nennen, kann abhängig von der Art der Beanspruchung, wesentlich zur gesamten Dissipation beitragen oder sogar den Hauptbeitrag leisten. Besonders wichtig ist, dass er auf eine einfache Weise gesteuert werden kann.Das beantragte Vorhaben hat eine umfassende experimentelle und theoretische Untersuchung der Relaxationsdämpfung in Reibkontakten unter gleichzeitiger Einwirkung von Tangential- und Normalschwingungen zum Ziel. Die bestehende Theorie der Relaxationsdämpfung in dem entsprechenden Gültigkeitsbereich soll zunächst experimentell überprüft werden, die Versuchsergebnisse sollen außerdem Aufschluss über den relativen Beitrag der Relaxationsdämpfung im Vergleich mit der klassischen "Mindlinschen Dämpfung" und mit den inneren Verlusten im Material geben. Basierend darauf werden Methoden zur aktiven Steuerung der Dämpfung von Strukturen mit Reibkontakten entwickelt und experimentell implementiert. Experimentelle Untersuchungen erfolgen mittels einer Versuchsapparatur zur Dämpfungsmessung, die im Rahmen des Projektes ausgelegt und gebaut wird. Aus den gewonnenen Erkenntnissen werden Strategien für die effektive und verschleißarme Strukturdämpfung entwickelt und exemplarisch implementiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen