Kontinuumsbasierter Entwurf selektiv nachgiebiger Mechanismen unter Berücksichtigung großer Deformationen

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Hasse
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398231358

Konventionelle Mechanismen erzeugen die zur Erfüllung ihrer Aufgabe notwendigen Verformungen durch Relativbewegungen von aufeinander gleitenden oder rollenden Bauteilen. Nachgiebige Mechanismen nutzen hingegen elastische Verzerrungen, was zu zahlreichen Vorteilen führt. Die Komplexität in der mathematischen Formulierung, die sich direkt aus dem Funktionsprinzip nachgiebiger Mechanismen ergibt, erschwerte bisher Fortschritte im Bereich der Synthese. Bei konventionellen Mechanismen gibt es eine klare Trennung zwischen funktionellen (gewünschten) und unerwünschten Verformungen auf der Basis des zugrundeliegenden physikalischen Prinzips. Bei nachgiebigen Mechanismen beruhen sowohl gewünschte als auch ungewünschte Verformungen auf elastischen Verzerrungen und eine mathematische Modellierung, welche auf den funktionellen Verformungsanteil beschränkt ist, steht nicht zur Verfügung. Aus diesem Grund gestaltet sich die Synthese von nachgiebigen Mechanismen sehr komplex.Ein möglicher Weg für die Synthese sind kontinuumsbasierte Synthesemethoden. Hier wird der Mechanismus als elastisches Kontinuum modelliert und die Geometrie des Mechanismus ist frei einstellbar. Derzeit gibt es zahlreiche kontinuumsbasierte Syntheseansätze, die jedoch einige zentrale Mängel aufweisen. Die meisten Syntheseansätze eignen sich nur für relativ einfache Aufgaben, während komplexe Aufgaben wie die Formadaption kaum abgedeckt sind. Darüber hinaus wird in diesen Ansätzen nur eine begrenzte Auswahl an Querlasten berücksichtigt.Der Antragsteller verfolgt mit der Idee, das Eigenverhalten des Mechanismus zum Gegenstand der Synthese zu machen (modale Prozedur), einen vielversprechenden Weg, diese beiden Defizite zu beheben. Zentraler Vorteil dieser Idee ist die Möglichkeit eines kinematischen Entwurfes, d.h. eines Entwurfes, der sich nicht auf bestimmte Lastfälle bezieht. Diese Möglichkeit war bisher sonst den konventionellen Mechanismen vorbehalten, sowie bestimmten Methoden zum Entwurf nachgiebiger Mechanismen (Pseudo-Starrkörperansatz), für die allerdings die Auswahl der Geometrie des Mechanismus stark begrenzt ist.Im Zuge des vorhergehenden Vorhabens wurde ein neuer Ansatz erarbeitet, der die bereits vorhandenen Verfahren robuster machte. Zudem wurde die modale Prozedur auf den Fall der Synthese von Mechanismen mit mehrfachem Pseudolaufgrad erweitert. Der Pseudolaufgrad definiert die Anzahl der skalaren Parameter, die benötigt werden, um eine einzige gewünschte Verformung eines nachgiebigen Mechanismus zu identifizieren und lässt sich mit dem Laufgrad konventioneller Mechanismen in Verbindung setzen. Die Gültigkeit des erarbeiteten Ansatzes ist bisher allerdings auf geometrisch lineare Mechanismen begrenzt. Dieser Folgeantrag soll diesen auf den geometrisch nichtlinearen Fall erweitern. Mit dieser Erweiterung wird ein leistungsfähiges Werkzeug zur Verfügung gestellt, welches die Synthese von komplexen nachgiebigen Mechanismen mit großen Verformungen ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen