Dynamische Analyse und FEM-Modellierung einer Tensegrity-Kette

In der vorliegenden Arbeit wird eine bestimmte periodische Struktur untersucht, die aus zwei unterschiedlichen Tensegrity-Strukturen und zwei unterschiedlichen Massen besteht (zweiatomige Struktur), die als Oszillatoren (oder Resonatoren) wirken, untersucht. Es wurde eine Meta-Struktur, also eine sogenannte "Tensegrity-Kette" erstellt, die in der Lage ist, die Übertragung von Wellen im Bereich 1-10 Hz zu hemmen.

Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der numerischen Modellierung eines Rahmentragwerks, einer sogenannten Tensegrity-Kette, mittels Finite-Elemente-Methode und unter Einsatz von RFEM 5 von Dlubal Software mit dem Zusatzmodul RF-DYNAM Pro.

Es wird insbesondere ein Beispiel einer realen Anwendung untersucht, bei der die Kette so ausgelegt ist, dass sie die Signalübertragung auf geeigneten Frequenzbändern unterbindet, speziell für den Bereich zwischen 1 Hz und 10 Hz, um ein externes Objekt seismisch zu isolieren. Eine derart gestalte Struktur kann als ein einbahniger seismischer Isolator definiert werden, bei welchem der innere Komplex der Elemente schwingt, während der äußere isoliert ist.

Der Anwendungsvorschlag sieht die Verwendung von Spanngliedern vor, die mit einem Träger verbunden sind, um das Gewicht der inneren und äußeren Massen zu tragen und ihre Längsbewegung zu ermöglichen. Darüber hinaus ist ein Ende der Kette starr mit dem Boden verbunden, während das andere über eine Säule freigehalten wird, die auf zylindrischen Stahlrollen aufliegt, welche ein horizontales Gleiten ermöglichen: Konkret haben die Bestandteile der Tensegrity-Kette eine resonante Masse von 64 kg, eine entsprechende Masse von 1,01 kg, die Steifigkeit der beiden Tensegrity-Prismen, die als "schlankes Prisma und niedriges Prisma" bezeichnet werden, betragen diesbezüglich 𝑘ℎ=3388,13 N/m (Summe zweier schlanker Prismen) und 𝑘𝑟= 1942,64 N/m.

Diese Struktur wird als reales Anwendungsbeispiel verwendet, um die Wirksamkeit des einbahnigen seismischen Isolators bei der Signalübertragung zu demonstrieren.