Ontvang onze nieuwsbrief:

Slimme materialen voor het realiseren van een adaptief gebouwcomponent

Prototype SC Slim composiet van Charlotte Lelieveld
Charlotte Lelieveld demonstreert tijdens Nieuwe Materialen meeting, april 2011

28 januari 2013: Het promotieonderzoek van Charlotte Lelieveld gaat over Slimme materialen voor het realiseren van een adaptief gebouwcomponent


Slimme materialen voor het realiseren van een adaptief gebouwcomponent

Het onderzoek van Charlotte Lelieveld concentreert zich op het toepassen van geavanceerde materiaaltechnologie voor de realisatie van adaptieve architectuur. Slimme materialen hebben dus sensorische- en activeringseigenschappen. Door slimme materialen toe te passen in het gebouwsysteem kunnen continue adaptieve gebouwen gerealiseerd worden.

De mogelijkheden van het toepassen van slimme materialen voor het realiseren van vormveranderbare adaptieve gebouwcomponenten (ABC) zijn bekeken. Het idee is dat het ABC een omkeerbaar scharnierachtige vervorming moet kunnen realiseren. Dit betekent dat een platte strook materiaal een verbuiging in een hoek van 90° zou moeten kunnen halen. Deze vervorming moet gefixeerd kunnen worden zonder de continue toevoeging van een energiebron. Vervolgens moet het ABC zich kunnen herstellen in de oorspronkelijke configuratie. Dit gedrag zal volledig gebaseerd moeten zijn op de intrinsieke eigenschappen van materialen, zonder de toevoeging van externe actuatoren of mechanismes.

Er ontstaat een nieuwe functionele relatie tussen het gebouw en de gebruikers wanneer een gebouw kan voelen, verwerken en reageren. Door de realisatie van continu adaptieve gebouwen verandert de perceptie van de gebruiker op de gebouwde omgeving behoorlijk. Daarom is het receptieve vermogen van de gebruikers op adaptieve gebouwen onderzocht, voorbeelden van deze scenario’s zijn adaptieve meubels, adaptieve ramen, adaptieve binnenwanden en adaptieve interieurkleuren.

Na het gebruikersonderzoek is de realisatie van de vorm veranderbare gebouwcomponent geanalyseerd. De werking is gedemonstreerd aan de hand van een volledig werkend prototype. Eerst zijn slimme materialen met vorm veranderbaar vermogen geanalyseerd. Hieruit blijkt dat een composiet van geheugenlegering (SMA) geïntegreerd in een geheugenpolymeer (SMP) matrix het vereiste gedrag zou moeten kunnen vertonen. De werking van dit slimme composiet (SC) is uitgebreid bestudeerd.

De SMA en de SMP worden beide aangestuurd door middel van warmte, i.e. zijn thermo-responsief. De SMP zal rubberachtig gedrag vertonen, wanneer de temperatuur verhoogd wordt boven een bepaald transitietemperatuur. In deze fase kan de SMP gemakkelijk vervormd worden. De vervorming wordt gefixeerd door middel van afkoeling beneden de transitietemperatuur. De SMA functioneert als een actuator en zal de vervorming realiseren. Antagonist SMA actuatoren worden toegepast om de deformatie en het opvolgende herstel naar de oorspronkelijke vlakke configuratie te verwezenlijken.
Omdat de SMP ook over geheugencapaciteiten beschikt, vervormt deze uit zichzelf terug naar de oorspronkelijke vlakke vorm. Daardoor zijn er meer actuatoren nodig voor de vervorming van het SC dan voor het herstel. De aansturing van beide materialen gebeurt door middel van weerstandsverwarming. Deze methode maakt het mogelijk om de materialen accuraat en actief the controleren. Omdat de SMP een slechte geleider is, zijn constantaan draden geïntegreerd in de SMP matrix zodat de SMP lokaal verwarmd kan worden. De werking van het bovenbeschreven principe is getest met een prototype.

Over het algemeen kan geconcludeerd worden dat de voorgestelde vervorming realistisch is met de gekozen materialen. Het SC prototype heeft een omkeerbare vervorming laten zien met het gebruik van slimme materiaaltechnologie. Een belangrijk technisch voordeel is de fixatie van de vervorming
zonder de continue energietoevoer. Toch is optimalisatie op het gebied van materiaal moeheid, functie en fabricage nodig voor het gebruik van slimme materialen op architectonische schaal.


Dit onderzoek kan worden gezien als een eerste stap van een nieuw paradigma in de architectuur, waarbij vorm veranderbare gebouwen worden gerealiseerd met het gebruik van slimme materiaaltechnologie. De veelbelovende resultaten laten zien dat het in de toekomst realistisch is om vorm veranderbare gebouwcomponenten te fabriceren waarbij het gedrag van de materialen gebaseerd is op intrinsieke materiaaleigenschappen. Door het vervaardigen van een werkend prototype heeft er een vertaling plaatsgevonden van de virtuele wereld naar real-time functionerende adaptieve gebouwcomponenten. Dit brengt verschillende voordelen met zich mee ten opzichte van mechanische vorm veranderbare system, waarbij zaken zoals grote afmetingen, complexe structuren en geluidoverlast opgelost worden. 

 

Verdediging
vrijdag 8 februari 2013
12:00u TU Delft Aula

Presentatie Smart Materials Charlotte Lelieveld Activiteit Nieuwe materialen, 19 april 2011

Naam:
Email:
Titel:
Commentaar:
Capcha:
Booosting platform voor koplopers in bouwinnovatie | T 06-2211 4701 | E info@booosting.nl | W www.booosting.nl