Mathematical modeling and control of biologically inspired uncertain motion systems with adaptive features. - XXII, 251 S. Ilmenau : Techn. Univ., Habil.-Schr., 2013
Beschreibung des anisotropen Materialverhaltens von Rotbuchenfurnier als Basis für rechnergestützte Umformsimulationen. - Aachen : Shaker, 2013. - XVI, 205 S.. - (Berichte aus dem Machinenbau) Zugl. :Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2012
Für die realitätsnahe numerische Simulation des Umformprozesses von Rotbuchenfurnier ist die Materialbeschreibung ein essentieller Bestandteil. Aus diesem Grunde wurde in dieser Arbeit im Hinblick auf den späteren Einsatz in Umformsimulationen das anisotrope Materialverhalten von Rotbuchenfurnier bei verschiedenen Klimaten untersucht. Ein Schwerpunkt lag in der Entwicklung eines Prüfkonzeptes und einer Prüfvorschrift für den natürlichen Faserverbundwerkstoff Holz in Form von Furnier und deren Umsetzung. Voraussetzung dafür war neben der Anwendung der Festkörper Kontinuumsmechanik, die Analyse der Strukturmerkmale des Holzes, des Furnier-Herstellungsprozesses und der physikalischen Eigenschaften des Holzes bzw. Furniers. Die Materialkennwertermittlung erfolgte in einem dafür entwickelten Versuchsaufbau mit einem integrierten digitalen Bildkorrelationsmesssystem zur dreidimensionalen Verformungsmessung und einem Prüfmodul. Eine teilautomatisierte Steuerung des Prüfablaufes der einzelnen Zugversuche ermöglichte einen reproduzierbaren Ablauf der insgesamt 1500 Experimente. Diese wurden für 5 Klimaeinstellungen und 5 Winkellagen für die Bezugsebenen 12-E und 13-E durchgeführt (insgesamt 50 Prüfserien). Nach Aufbereitung der Messergebnisse und der abgeleiteten Materialkennwerte mittels der deskriptiven Statistik wurde mit der induktiven Statistik auf die Gesamtheit geschlossen. Auf Grundlage von Signifikanztests wurden die Materialkennwerte der einzelnen Serien verglichen. Es erfolgte der Nachweis, dass die Materialkennwerte von der Bezugsebene und vom Klima abhängig sind. Die ermittelten Kennwerte zeigen außerdem, in welchem Maße diese von den Randbedingungen beeinflusst werden. Die Verifikation des Materialmodells ergab, dass das Materialverhalten von Furnier prinzipiell durch ein linear-elastisches orthotropes Materialmodell abgebildet werden kann. Durch Sensibilitätsstudien am Materialmodell wurden verschiedene Harmonisierungsstrategien für einen symmetrischen Nachgiebigkeitstensor beurteilt und Handlungsempfehlungen gegeben. An Hand eines FE-Modells wurden Robustheitsanalysen durchgeführt, in denen die wesentlichen Einflussgrößen und die Dispersionen der Ergebnisgrößen ermittelt und mit den experimentellen Daten verglichen wurden.
An amphibious vibration-driven microrobot with a piezoelectric actuator. - In: Regular and chaotic dynamics, ISSN 1468-4845, Bd. 18 (2013), 1/2, S. 63-74
This article concerns microrobots for solid and liquid evironments. A short overview of microrobotics, suitable actuators and energy systems is given. The principles of terrestrial and aquatic locomotion are discussed and illustrated with examples from the literature on robotics. The state of the art with a focus on piezo microrobots for solid and liquid environments is presented. Furthermore, we report an amphibious prototype, which can move on flat solid ground and on the free surface of water. The design, characteristic parameters and experiments on locomotion are described. The robot is characterized by light and simple design and can perform two-dimensional locomotion in different environments with a speed up to 30 mm/s. An analytical model to predict the maximum carrying capacity of the robot on water is solved numerically.
http://dx.doi.org/10.1134/S1560354713010048
Zur funktionellen Morphologie mystacialer Vibrissen bei Rattus norvegicus. - In: Bionik: Patente aus der Natur, (2013), S. 358-364
Control of chains of mass points in a frictional environment. - In: IUTAM Symposium on Nonlinear Dynamics for Advanced Technologies and Engineering Design, (2013), S. 421-433
Identification of material defects in metallic materials using Lorentz force eddy current testing : fundamentals, metrological implementation and verification, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 129 S., 18,71 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen
Der Einsatz von metallischen Werkstoffen ist in Industrie und Baugewerbe von enormer Bedeutung. Die immer stärkere Ausnutzung bis zur Grenze der Belastbarkeit eines Materials macht eine genaue Untersuchung des eingesetzten Metalls erforderlich. Um sicherzustellen, dass ein Bauteil fehlerfrei ist und den geforderten Belastungen standhalten wird, ist meist eine 100%ige Überprüfung notwendig. Dazu steht eine Auswahl an zerstörungsfreien Werkstoffprüfverfahren zur Verfügung. Die Anwendbarkeit ist oft begrenzt oder kostspielig. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Beschreibung des zerstörungsfreien Werkstoffprüfverfahrens mit dem Namen "Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung" und dem experimentellen Funktionsnachweis. Das kontaktlose Messverfahren wurde vor Kurzem an der Technischen Universität Ilmenau erfunden und im Rahmen des Graduiertenkollegs 1567 weiterentwickelt. Diese Arbeit fasst die Ergebnisse der Grundlagenforschung im Bereich experimenteller zerstörungsfreier Werkstoffprüfung mittels Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung zusammen, ohne den Anspruch zu erheben, unmittelbar industrielle Anwendungen zu ermöglichen. Das Verfahren "Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung" bietet durch die Nutzung von magnetischen Gleichfeldern höhere Eindringtiefen als klassische Wirbelstrommessverfahren unter gleichen Einsatzbedingungen, die magnetische Wechselfelder einsetzen. Dies ermöglicht die Detektion von tiefliegenden Defekten innerhalb eines elektrisch leitfähigen nichtferromagnetischen Werkstoffes. Es wird gezeigt, wie Defekte sicher mit der Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung erkannt werden (Detektion), wo sie sich befinden (Lokalisation) und bereitet mit der Beschreibung des direkten Problems die Rekonstruktion vor (inverses Problem). Zur Beschreibung des direkten Problems ist es notwendig, zunächst das Verhalten eines bewegten Festkörpers ohne Defekt in Wechselwirkung mit einem Magnetfeld zu beschreiben. Die Einführung eines relativ simplen Prototypmodels soll Grenzen des Verfahrens aufzeigen und gleichzeitig die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten erklären. Als Funktionsnachweis werden experimentelle Daten für künstliche Defekte vorgestellt. Eine Beschreibung der Grenzen des Messverfahrens und eine Analyse des Messsignals werden am genutzten Versuchsaufbau durchgeführt und Vorschläge zur Erweiterung des Messbereichs gegeben.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=21716
An approach to the dynamics of a vibration-driven robot. - In: Romansy 19 - robot design, dynamics and control, ISBN 978-3-7091-1378-3, (2013), S. 299-306
Dynamics of two interconnected mass points in a resistive medium. - In: Differential equations and dynamical systems, ISSN 0974-6870, Bd. 21 (2013), 1/2, S. 21-28
The problem of motion of two interconnected points in a resistive medium under periodic change of distance between them is considered. It is shown that a necessary condition for the locomotion (displacement of the center of mass) is the nonlinear law of resistance (dry or nonlinear viscous friction). If the mass points are identical, any periodic control law leads to a displacement of the center of mass only in the presence of anisotropic (asymmetrical) friction. If there are different masses, motion is possible also with isotropic friction law under the action of a periodic control law. In the paper such special laws for the control of the velocity and the direction of motion are presented. The friction is assumed to be small and the investigations are based on the method of averaging. By means of this method analytical dependence of the velocity of motion is obtained.
http://dx.doi.org/10.1007/s12591-012-0116-8
Adaptive control of singularly perturbed worm-like locomotion systems. - In: Differential equations and dynamical systems, ISSN 0974-6870, Bd. 21 (2013), 1/2, S. 59-69
We consider a certain type of a worm-like locomotion system: a three mass point system. We assume that this worm is towing a payload, so the masses differ extremely, and we have to deal with a singularly perturbed system. The dynamics equations are coupled via a small parameter $\varepsilon$, which is typical for singularly perturbed systems. In order to apply simple adaptive feedback mechanisms (to approach desired properties of the worm motion) we have to guarantee the minimum-phase property (among others) of such systems. We show that such properties are preserved under singular perturbation. This is done within a general system class via construction of a normal form to gain deeper insight and to analyze such systems. We present the general case and apply the basic transformations to the worm equations. We point out that we are able to classify all required assumptions and properties by system qualities as, e.g., zeros of the reduced model or boundary-layer system. This is in contrast to other authors.
http://dx.doi.org/10.1007/s12591-012-0123-9
Generation and shift of gaits in biomorphic systems. - In: Proceedings, ISBN 978-954-20-0550-6, (2012), S. 94-100