Novel function-integrated lightweight solutions based on textile-reinforced thermoplastic composites and material-adapted piezoceramic actuator modules

• Autorzy: Gude M. , Hufenbach W. , Modler N. , Kirvel Ch.

Warianty tytułu

PL

Nowoczesne, multifunkcjonalne rozwiązania w konstrukcjach lekkich bazujące na tekstylnie wzmocnionych termoplastycznych materiałach kompozytowych z odpowiednio zaadoptowanymi elementami piezo-ceramicznymi

• Konferencja: Advanced Materials and Technologies, AMT 2007 : XVIII Physical Metallurgy and Materials Science Conference (XVIII; 18-21.06.2007; Warszawa-Jachranka, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Due to the high specific mechanical properties as well as the high design freedom combined with economic and reproducible manufacture processes, fibre-reinforced composites with thermoplastic matrix systems exhibit a high application potential for lightweight structures in large-scale use. Moreover, the integration of additional functional components such as piezoceramic actuators in thermoplastic lightweight structures enables a purposeful manipulation of the static, dynamic and vibroacoustic structural behaviour. For the large-scale capable utilisation of such active structural parts, novel piezoceramic modules, which are specifically tailored to the structural material, and adapted manufacturing methods are developed. The piezoceramic modules with the highly regarded compatibility to thermoplastic composites permit their substantially coherent and homogeneous integration in the fibre composite structure without intricate adhesive assembly efforts. The paper presents latest research results on the field of textile reinforced thermoplastics regarding efficient manufacturing technologies using hybrid yarns, function integration and structural applications as for example in morphing structures and compliant mechanisms.

PL

Ze względu na specyficzne właściwości materiałowe, swobodę projektowania, w połączeniu z wydajnymi i powtarzalnymi procesami produkcji kompozyty włókniste bazujące na osnowie termoplastycznej, posiadają ogromne możliwości wykorzystania w wielkoseryjnej produkcji struktur lekkich. Ponadto, łatwa integracja dodatkowych komponentów, takich jak elementów piezoceramicznych w lekkich strukturach termoplastycznych pozwala na kontrolę statycznych, dynamicznych oraz wibroakustycznych stanów materiału. W celu zastosowania wyżej wymienionych elementów piezoelektrycznych na większą skalę, prowadzone są ciągle badania nad opracowaniem nowoczesnych, dopasowanych do struktur materiałowych piezoelektrycznych modułów, jak również nad odpowiednimi metodami ich wytwarzania. Dzięki dobrej kompatybilności elementów piezoelektrycznym ze strukturą kompozytów termoplastycznych możliwa jest jednolita, homogeniczna integracja tych elementów w strukturach kompozytów włóknistym bea skomplikowanych zabiegów klejenia. Praca ta przedstawia ostatnie wyniki badań dotyczących, wydajnej technologii produkcji, integracji, jak rownież aplikacji np. w strukturach morficznych, tekstylnie wzmocnionych materiałów termoplastycznych, z włókien hybrydowych.

Słowa kluczowe

PL

technologia produkcji; tekstylnie wzmocnione materiały termoplastyczne; włókna hybrydowe; elementy piezoceramiczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 28, nr 3-4
• Strony: 254--260
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Gude M.

autor

Hufenbach W.

autor

Modler N.

autor

Kirvel Ch.

• Technische Universitat Dresden, Institute fur Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), D-01062 Dresden, Germany,

Bibliografia

• [1] Hufenbach, W.; Adam, F.; Lepper, M.: Ultraleichtbau - Chancen für neue Lösungen. Tagungsband Fachtagung Baumaschinentechnik 2003 - Erfahrungen, Methoden, Innovationen, Dresden, 20.-21. März 2003, 111-120
• [2] Hufenbach, W.; Kroll, L.; Gude, M.; Langkamp, A.: Novel lightweight solutions by load-adapted textile reinforcements. Proceedings of the 11st International Scientific Conference “Achievements in Mechanical & Material Engineering”, Gliwice & Zakopane, 15.-18. Dezember 2002, 237-242
• [3] Hufenbach, W.; Kroll, L.; Archodoulakis, G; Langkamp, A.: Design and pro-cessing of textile-reinforced Polyetherketone (PEEK) for complexly loaded lightweight structures. Proceedings of the 21st International SAMPE Europe Conference, Paris, 18.-20. April 2000, 255-264
• [4] Manz, H.; Schmidt, K.: On the Application of Smart Materials in Automotive Structures. EUROMAT 99, Vol. 13, 539-544
• [5] Wilkie, K.: Recent Progress in NASA Piezocomposite Actuator Technology. First International Symposium on Macro Fiber Composite Applications (ISMA), Dresden, 2005, auf CD-ROM
• [6] Schmidt, K.; Kindermann, L.; Kunze, H.; Riedel, M.: Active Reduction of Bending Vibrations on Rotating Shafts. First International Symposium on Macro Fiber Composite Applications (ISMA), Dresden, 2005, auf CD-ROM
• [7] Gude, M.; Hufenbach, W.: Design of novel morphing structures based on bi-stable composites with piezoceramic actuators. Mechanics of Composite Materials, 42 (2006) 4, 339- 346
• [8] Postupka, S.; Flock, M.; Gemsa, S.; Feiler, M.: Integration piezokeramischer Elemente in Faserverbundwerkstoffe und Anwendungsmöglichkeiten im adaptiven Tragflügel. 6. Nationales symposium SAMPE Deutschland 2000
• [9] Sachau, D.; Wierach, P.; Monner, H.P.; Schönnecker, A.: Smart Structures based on Thin Piezoceramic Plates. EUROMAT 99, Vol. 13, 520-524
• [10] Furuyaca, Y.: Actuator Integration. Comprehensive Composite Materials, Vol. 5 (2000) 607-619
• [11] Campanile, L. F.: Smart shape control using compliant and active materials to adapt structural geometry. Challenges and good reasons. 14th Int. Conf. On Adaptive Structures and Technologies (ICAST), Seoul, Oktober 2003
• [12] Döngi, F.: Dinkler, D.; Kröplin, B.H.: Active panel flutter suppression using self-sensing piezoactuators, AIAA Journal, Vol. 34, No. 6, 1996, 1224-1230
• [13] Müller, G.; Böse, H.; Brunner, B.; Gurka, M.: Perspektiven nichtmetallischer Funktionswerkstoffe in der Produktions-technik. In: Technologische Innovationen für die Antriebs-und Bewegungstechnik, Verlag Wissenschaftliche Scripten 25 (2004), S. 27-41
• [14] Münstedt, H.; Ehrenstein, G.W.; Friedrich, J.: Funktionalität durch Metallisieren von Polymerwerkstoffen. Tagungsband Erlanger Kunststofftage 29.-30.09.2003, 13-24
• [15] Seidel, Ch.; Münstedt, H.: Folien aus hochtemperatur-beständigen Thermoplasten - Herstellung und Eigenschaften. Tagungsband Erlanger Kunststofftage 29.-30.09.2003, 35-46
• [16] Seidel, Ch.; Münstedt, H.; Friedrich, J.; Wölflick, P.: High temperature resistant thermoplastic polymer films for 3D-electronic applications. Tagungsband zum 6. International Congress „Molded Interconnect Devices“ (MID 2004), 2.-23. September 2004. Erlangen, 111-121
• [17] Hufenbach, W.; Gude, M.; Czulak, A.: Actor-initiated snap-through of unsymmetric composites with multiple deformation states, Journal of Material Processing Technology 175 (2006) 225-230.
• [18] Dano, M.-L.; Hyer, M. W.: Snap-through of unsymmetric fibre-reinforced composite laminates. International Journal of Solids and Structures, 39 (2002) 175-198.
• [19] Hufenbach, W.; Gude, M.; Kroll, L.; Sokolowski, A.; Werdermann, B.: Adjustment of residual stresses in unsym-metric fibre-reinforced composites using genetic algorithms, Mech. Compos. Mater. 37 (1) (2001) 1119-1130.
• [20] Gude, M.; Kroll, L.; Hufenbach, W.: Optimierung eigenspan-nungsinduzierter Deformationszustände bei unsymmetrischen Mehrschichtverbunden. In: Verbundwerkstoffe und Werkstoff-verbunde. Hg. Wielage, B. und Leonhardt, G., WILEY-VCH-Verlag Weinheim, 2001, pp. 56-61.
• [21] Elspass, W. J., Flemming, M.: Aktive Funktionsbauweisen, Springer Verlag, Heidelberg, 1998
• [22] Luck, K., Modler, K.-H.: Getriebetechnik - Analyse, Synthese, Optimierung, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1995
• [23] Modler, K.-H., Franitza, D., Landgraf, G.: Investigations to geometrically non-linear deformable mechanisms, Proceedings of the 10th World Congress in Mechanism and Machine Science, Oulu 1999, Vol. 2, S. 578-583
• [24] Modler, K.-H., Hollmann, C., Lovasz, E.-C., Perju, D.: Geared Linkages with Linear Displacement Actuator Used as Function Generating Mechanisms, Proceedings of the 11th World Congress in Mechanism and Machine Science, 1.-4. April 2004, Tanjin. China
• [25] Howell, L.: Compliant Mechanisms, Wiley Interscience, Danvers, 2001
• [26] Hufenbach, W., Modler, K.-H., Täger, O., Modler, N.: Development of Textile Reinforced Active 3-D Compliant Hinges, Proceedings of the Fiber Society Spring 2005 Conference, St. Gallen, 25.-27. Mai, 2005 (CD-ROM)
• [27] Hufenbach, W., Kroll, L., Täger, O., Modler, N.: Neue Faserverbund-Berstschutzvorrichtungen mit integrierter passiver und aktiver Schalldämmung, Proceedings der 23. internationalen Konferenz VERSTÄRKTE KUNSTSTOFFE (2005), Karlsbad, 24.-26.5.2005 (CD-ROM)