Unsicherheit in der Zuverlassigkeitsbewertung von aktiven Komponenten am Beispiel eines piezoelektrischen Stapelaktuators fur eine aktive Knickstabilisierung

摘要

Die Bemessung der Zuverlassigkeit von aktiven Systemen stellt aufgrund der unterschiedlichen technologischen Herkunft ihrer Komponenten wie mechanische lasttragende Strukturen, elektronische Bauteile und Multifunktionsmaterialien eine grosse Herausforderung dar. Im Allgemeinen ist die Systemzuverlassigkeit abhangig u. a. von den Komponentenzuverlassigkeiten und von den herrschenden Betriebsbedingungen. Unsicherheiten in Form von z. B. streuenden Komponenteneigenschaften, von nicht eindeutigen oder nicht ausreichenden Informationen uber das Betriebsverhalten einer Komponente oder von mangelhaften Kenntnissen uber die herrschenden Betriebsbelastungen konnen das Ergebnis einer Zuverlassigkeitsanalyse verfalschen. Die Funktionstuchtigkeit eines piezoelektrischen Stapelaktuators, eingesetzt in einem aktiv stabilisierten Knickstabsystem, wird im Rahmen dieser Arbeit exemplarisch hinsichtlich ihrer Unsicherheit untersucht. Als unsichere Einflussfaktoren gelten dabei z. B. die streuenden Eigenschaften des Aktuators selbst und die im Laufe des Betriebs ggf. veranderlichen Eigenschaften von peripharen Komponenten z. B. Steifigkeitsanderung im dunnen knickgefahrdeten Flachstab als passive Komponente des Knickstabsystems. Basierend auf einem mathematischen Modell des piezoelektrischen Aktuators werden numerische Simulationen durchgefuhrt, um die Einflusse von Komponenteneigenschaftstreuung wie z. B. streuende Blockierkraft, maximaler freier Stellweg des Aktuators, maximale elektrische Betriebspannung sowie Steifigkeits-eigenschaften des zu stabilisierenden Knickstabs auf Stellkraft und Stellweg des Aktuators zu analysieren.