Bending vibrations of adaptive cantilevers with external stores

You are here: Homepage > Search

Bending vibrations of adaptive cantilevers with external stores

Song, O. / Librescu, L.

Die Problematik des dynamischen Verhaltens schlanker, eingespannter Biegeträger mit stark konzentrierten Außenlasten ist aus der zivilen und militärischer Luftfahrt sowie aus der Raumfahrt bekannt. Insbesondere bei Militärflugzeugen werden an den Tragflächenunterseiten Außenlasten mit unterschiedlichen Gewichten und Eigenschaften montiert. In Abhängigkeit von ihrer Größe und Plazierung führen diese Außenlasten unter anderem zu einer drastischen Reduzierung der Resonanzfrequenzen der Tragflächen. Eine eventuelle Änderung der Eigenschwingungsart kann zur Verschlechterung des dynamischen Verhaltens bei zeitabhängigen Schwingungsanregungen und zur Flatterneigung führen. Für den Weltraumeinsatz werden die Roboter- und Manipulatorenarme als Leichtbauelemente mit einer hohen Positioniergenauigkeit bei konzentrierten Lasten konzipiert. Unkontrollierte Schwingungen können zu einer gravierenden Einschränkung der Betriebstauglichkeit solcher Systeme führen. Im Gegensatz zu Strukturen mit invariablen Schwingungsparametern (Resonanzfrequenzen und Schwingungsarten) können Adaptivsysteme ihr Schwingungsverhalten so den äußeren Bedingungen anpassen, daß Resonanzschwingungen und alle dynamischen Instabilitäten weitestgehend ausgeschlossen werden können. Das Schwingungsverhalten eines eingespannten, dünnwandigen Verbundträgers mit Adaptivfähigkeiten und angehängten Außenlasten wird theoretisch untersucht. Die Adaptivfähigkeiten werden mit Hilfe eines in der Trägerstruktur integrierten Systems von piezoelektrischen Stellgliedern realisiert. Auf der Basis des umgekehrten piezoelektrischen Effektes erzeugen diese Stellglieder ein örtliches Dehnungsfeld als Reaktion auf ein angewandtes elektrisches Feld. Die Regelung erfolgt demnach durch das piezoelektrisch induzierte Biegemoment an den Flügelspitzen, was die gewünschte Änderung des dynamischen Verhaltens bewirkt. Der Resonanzfrequenzgang wird als Funktion der angewandten elektrischen Spannung oder in anderen Termen dargestellt. Es wird erwartet, daß diese Technik eine wichtige Rolle bei der Lösung der eingangs formulierten Probleme in der Luft- und Raumfahrttechnik führen kann.