Verbesserung der Schwingungseigenschaften durch die Nutzung biologisch-inspirierter Strukturen
Strukturen lassen sich durch ihre Eigenschwingungen charakterisieren. Liegen die Struktureigenfrequenzen im Bereich äußerer, anregender Frequenzen, kann es zu Resonanzphänomenen kommen. Durch zusätzliche Dämpfungsmechanismen wird den erhöhten Schwingungsamplituden häufig entgegengewirkt. Um diese zu vermeiden, wäre eine direkte Einstellung oder eine Maximierung der Struktureigenfrequenzen von großer Bedeutung. In der Natur finden sich hoch optimierte Strukturen. Die Schalen von marinen Planktonorganismen (Diatomeen, Radiolarien) weisen beispielsweise eine Vielzahl an regelmäßigen und unregelmäßigen Waben- und Gitterstrukturen auf, die häufig mehrere Funktionen erfüllen. Die Silikatschalen von Diatomeen zeichnen sich z. B. durch eine hohe Steifigkeit bei geringer Masse aus und dienen bereits als Inspiration für Leichtbaustrukturen. Des Weiteren wird erwartet, dass die Strukturunregelmäßigkeiten einen hohen Einfluss auf die Schwingungseigenschaften haben. Durch die Nutzung biologisch inspirierter Gitterstrukturen lassen sich die Schwingungseigenschaften verbessern. Erste Studien zeigen, dass mit Zunahme der Strukturunregelmäßigkeit eine Erhöhung der Eigenfrequenzen erzielt werden kann. In Kooperation mit dem Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) sollen optimierte Magnetträgerstrukturen eines neuen Teilchenbeschleunigers durch Nutzung biologisch inspirierter Optimierung und Gitterstrukturen entwickelt werden, um hohe Eigenfrequenzen und eine hohe Steifigkeit bei geringer Masse zu erreichen. Erste numerische Ergebnisse verdeutlichen, dass der Einsatz von bio-inspirierten Strukturen zu verbesserten Ergebnissen führt.