Förderprojekte

Förderbeginn 01.01.2004

Numerische Simulation und optimale Auslegung von Formgedächtnisantrieben

Prof. Dr. Bernd Simeon
Technische Universität München
Lehrstuhl für Numerische Mechanik

Prof. Dr. Linda Petzold
University of California, Santa Barbara
Dept. of Mechanical and Environmental Engineering

Das enorme Potenzial der Formgedächtnismaterialien spiegelt sich in einer Vielzahl von Anwendungen. Speziell in der Robotik wird aktuell der Einsatz von Formgedächtnisantrieben als Mikroaktoren untersucht, um eine sehr kompakte und biologischen Vorbildern nachempfundene Bauweise zu realisieren. Beim Entwurf dieser neuen Antriebskonzepte kommt der numerischen Simulation und Designoptimierung eine zentrale Rolle zu, und die geplante Kooperation soll hier einen wesentlichen Beitrag leisten, indem effiziente Diskretisierungen in Verbindung mit der Berechnung von Sensitivitätsinformation entwickelt werden. Dabei ist zu betonen, dass Formgedächtnismaterialien für die Simulation eine besondere Herausforderung darstellen, denn sie weisen Mikrostrukturen auf, und zusätzliche Effekte wie die Wärmeleitung sind zu berücksichtigen.

Abschlussbericht
Die Kooperation zwischen der UC Santa Barbara und der TU München begann im Sommer 2004 und hat sich als sehr fruchtbar erwiesen. Vor allem wurden neue numerische Verfahren zur Simulation von Formgedächtnismaterialien entwickelt. So genannte halb-explizite Diskretisierungen wurden auf die gekoppelten Systeme von partiellen Differentialgleichungen zugeschnitten, die die Evolution von Deformation und Temperatur beschreiben. Trotz ihres expliziten Ansatzes kann das Stabilitätsgebiet dieser Verfahren über eine Erweiterung der Runge-Kutta-Chebyshev-Technik vergrößert werden. In Bezug auf die mathematische Modellbildung hat sich Prof. Papadopouls von der UC Berkeley der Kooperation angeschlossen und steuert wertvolle Informationen zu den Materialeigenschaften bei. Ein kürzlich genehmigtes DFG-Projekt SI 756 zur selben Themenstellung belegt die erfolgreiche Zusammenarbeit, die auch in Zukunft mit den Partnern bei der UC Santa Barbara und nun auch der UC Berkeley auf einer breiteren Basis fortgesetzt werden wird.