Niklas Thoma
M.Sc. Niklas Thoma
Mehrkörperdynamik (IWTM)
Aktuelle Projekte
ABSORBED -Akustische Schwarze Löcher zur Schwingungsreduktion
Laufzeit: 01.12.2024 bis 31.08.2027
An dynamisch belastete Systeme werden immer höhere Anforderungen hinsichtlich Dauerhaltbarkeit und Komfort gestellt. Dies zeigt sich besonders in den Anforderungen der Nutzer:innen an das NVH-Verhalten (Noise, Vibration & Harshness) der von ihnen genutzten Maschinen und Geräte in dem Kontext, dass Lärmbelastungen zu psychischen und physischen Problemen führen. Ein generelles Ziel der Forschung in diesem Bereich ist es, auftretende Schwingungen mit minimalem Materialeinsatz, geringer Zusatzmasse und geringem Platzbedarf wirksam zu vermeiden.
Herkömmliche Methoden zur Schwingungsreduktion verwenden in der Regel verschiedene Versteifungs- und Dämpfungskonzepte, um breitbandige Anregungen zu reduzieren, wobei für niedrige Frequenzbereiche oft eine hohe zusätzliche Masse eingebracht werden muss, um eine ausreichende Amplitudenreduktion zu erreichen. Werden zusätzlich wirtschaftliche Aspekte und die Ausfallsicherheit schwingungsdämpfender Systeme berücksichtigt, stoßen herkömmliche, etablierte Dämpfungskonzepte an ihre Grenzen.
Im Rahmen des geplanten Projektes soll das theoretische und im Labormaßstab erprobte Konzept der Strukturberuhigung mit akustischen Schwarzen Löchern in die Praxis umgesetzt und anwendbar gemacht werden.
Der Ausdruck "akustisches schwarzes Loch" (ASL) beschreibt eine passive Methode zur Vibrationsdämpfung. Ausgangspunkt ist eine dünnwandige Struktur, bei der die Dicke der Platte in Anhängigkeit der Plattenlänge konsequent nach einem Potenzgesetz abnimmt. Diese lokale Abnahme der Steifigkeit führt zu einer gleichförmigen Verminderung der Wellengeschwindigkeit. Bei Betrachtung eines idealen ASL-Systems mit einer Struktur, deren Dicke gegen Null tendiert, erreicht die Wellengeschwindigkeit am Endpunkt ebenfalls Null, wodurch Reflexion vermieden wird. Als Resultat akkumuliert sich Energie an dieser Stelle und kann durch Dämpfungseffekte effektiv dissipiert werden.
Die Verwendung von akustischen schwarzen Löchern kann einen erheblichen Nachteil darstellen, da sie die Grundstruktur durch Verringerung der Materialdicke beeinträchtigen. Diese Dickenreduzierung kann wiederum die Schutzfunktionen von Strukturen wie Gehäusen erheblich einschränken. Die statischen Eigenschaften der Bauteile werden stark beeinflusst, was eine große Herausforderung für die Konstruktion darstellt. Folglich hat die Integration von akustischen Schwarzen Löchern einen erheblichen Einfluss auf das Design von Bauteilen, die häufig einer umfassenden Neukonstruktion unterzogen werden müssen, um die erforderliche strukturelle Integrität und Sicherheit zu gewährleisten.
Um den genannten Herausforderungen zu begegnen, bietet es sich an, die ASL nicht direkt in die Grundstruktur der Bauteile zu integrieren, sondern als ASL-Dämpfungselemente auf die Oberfläche der Struktur aufzubringen. Dieser Ansatz ermöglicht es, die gewünschten Dämpfungseffekte zu erzielen, ohne die Materialdicke der Grundstruktur zu reduzieren und damit potenzielle Schutzfunktionen einzuschränken.
2023
Buchbeitrag
Akustische Charakterisierung eines Computertomographen
Thoma, Niklas; Duvigneau, Fabian; Juhre, Daniel; Woschke, Elmar
In: Tagungsband, DAGA 2023 - 49. Jahrestagung für Akustik , 2023 - Berlin : Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. ; Estorff, Otto *1957-*, S. 174-177 [Tagung: 49. Jahrestagung für Akustik, DAGA 2023, Hamburg, 06. - 09. März 2023]
Experimentelle Konzeptstudien zur Anwendbarkeit akustischer schwarzer Löcher und Metamaterialien
Thoma, Niklas; Duvigneau, Fabian; Juhre, Daniel; Trenner, Michael; Woschke, Elmar
In: Aggregate- und Antriebsakustik - 12. Magdeburger Symposium, 28. und 29. Juni 2023 : Tagungsband - Magdeburg : Universitätsbibliothek, Artikel 15, insges. 16 S. [12. Magdeburger Symposium Aggregate- und Antriebsakustik, 2023]
Preliminary study of acoustic black holes implemented in CT/MRI housings including validation experiments
Thoma, Niklas; Duvigneau, Fabian; Juhre, Daniel; Woschke, Elmar
In: INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings - Washington, DC : Institute of Noise Control Engineering . - 2023, S. 995-1994
2022
Abstract
Demonstration of versatile anatomically designed instrument alignment units for the remote operated RIGS instrument micropositioning system
Odenbach, Robert; Fomin, Ivan; Thoma, Niklas; Hensen, Bennet; Wacker, Frank; Rose, Georg
In: Symposium: 13th Interventional MRI Symposium 2022, Leipzig, October 14-15, 2022, 13th International Interventional MRI Symposium - Leipzig . - 2022, S. 39
Multifunctional, elastic and non-metallic Bowden-cable coupling mechanism for the modularization and remote control of the RIGS instrument micropositioning system
Thoma, Niklas; Odenbach, Robert; Fomin, Ivan; Hensen, Bennet; Wacker, Frank; Rose, Georg
In: Symposium: 13th Interventional MRI Symposium 2022, Leipzig, October 14-15, 2022, 13th International Interventional MRI Symposium - Leipzig . - 2022, S. 110
2020
Abstract
Remotely controllable phantom rotation device for cross-calibration at 7T
Mattern, Hendrik; Odenbach, Robert; Thoma, Niklas; Godenschweger, Frank; Speck, Oliver
In: ISMRM 28th annual ISMRM virtual conference & exhibition, 08. - 14. August 2020: SMRT 29th annual meeting, Concord, CA./ ISMRM Annual Meeting & Exhibition, 2020, 2020, Poster 3372[ISMRM 28th annual ISMRM virtual conference & exhibition, virtual, 08. - 14. August 2020]
2019
Begutachteter Zeitschriftenartikel
Remotely controllable phantom rotation system for ultra-high field MRI to improve cross calibration
Odenbach, Robert; Thoma, Niklas; Mattern, Hendrik; Friebe, Michael
In: Current directions in biomedical engineering - Berlin: De Gruyter, Bd. 5 (2019), 1, S. 429-431