Struktur- und Formoptimierung hochbelasteter Bauteile: ein geschlossenes Konzept auf der Basis des Axioms konstanter Spannung
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Düsseldorf
VDI Verl.
1994
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| Series: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschrittberichte VDI / 18]
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| adam_text | Titel: Struktur- und Formoptimierung hochbelasteter Bauteile
Autor: Walther, Frank
Jahr: 1994
Inhalts Verzeichnis v Inhalt s verz eichnis 1 Einführung 1 2 Gestaltungsgrundsätze biologischer Lastträger 3 2.1 Zum Wachstum der Bäume ....................... 5 2.2 Zum Wachstum der Knochen ...................... 7 2.3 Gesetzmäßigkeiten biologischen Wachstums .............. 9 2.3.1 Axiom konstanter Spannung und adaptives Wachstum .... 9 2.3.2 Lastangepaßte Verstärkung der Strukturen ........... 10 3 CAO-Methode 11 3.1 Der Optimierungsalgorithmus......................12 3.1.1 Ablauf der Berechnung .....................12 3.1.2 Die Berechnung der thermischen Verschiebungen .......16 3.1.3 Die Netzkorrektur ........................ 17 3.1.4 Glättungsprozeduren.......................19 3.1.5 Konvergenz-/Abbruchkriterien .................21 4 Optimierungsstrategie 24 4.1 Zweidimensionale Bauteiloptimierung .................26 4.1.1 Vollständige Bauteiloptimierung ................26 4.1.2 Reine Kerboptimierung ..................... 27 4.2 Dreidimensionale Bauteiloptimierung..................29 4.2.1 Einführung............................ 29 4.2.2 Besonderheiten bei 3D-Modellen ................30 4.2.3 Randbedingungen für die Wachstumsschicht..........31 4.2.4 Ziel der Untersuchungen und Vorgehensweise..........33 4.2.5 Optimierung beginnend mit der Außenseite ..........36 4.2.6 Optimierung, beginnend mit der Oberseite...........40 4.2.7 Alterniernde Vorgehensweise .................. 43 4.2.8 Einstufige Optimierung .....................47 4.2.9 Einstufige Optimierung mit unterdimensioniertem Ausgangsmodell .............................. 50 4.3 Diskussion der Ergebnisse und Empfehlungen.............53
vi Inhaltsverzeichnis 5 Erweiterungen und Sonderfalle 59 5.1 Berücksichtigung funktionaler Randbedingungen............59 5.2 Anwendung von CAO zur Minimierung von Wärmespannungen ... 62 5.2.1 Vorgehensweise..........................62 5.2.2 Optimierung eines Keramikträgers ...............63 5.3 Anwendung von CAO bei dünnwandigen Bauteilen..........69 5.3.1 Optimierung mit variabler Wandstärke.............70 5.4 Optimierung mit gleichbleibender Wandstärke.............76 6 SKO-Methode 81 6.1 Ablauf und Aufbau............................ 83 6.2 Randknotenhalbierung.......................... 87 6.3 Zusatzprogramme............................. 88 6.3.1 Das Programm QUICKHESH....................88 6.3.2 Das Programm QUICKGEN ....................93 7 Designstrategie 99 7.1 Methode.................................. 99 7.2 Berechnungsbeispiel............................100 7.2.1 Zweidimensionale Berechnungen mit SKO und CAO .....100 7.2.2 Dreidimensionale Spannungsoptimierung mit CAO ......105 7.3 Diskussion der Ergebnisse............ 109 7.3.1 Anwendung der SKO ......................109 7.3.2 Anwendung von CAO ......................110 8 Platten und Schalen 112 8.1 Ermittlung der Temperatur Verteilung .................113 8.1.1 Berechnungsmodus im Designraum...............114 8.1.2 Einfluß der Querkontraktionszahl v ...............115 8.1.3 Festlegung der Referenzspannung................120 8.2 Designraumgesteuerter Ansatz .....................120 8.2.1 Beispiel eines zweidimensionalen Plattenmodells .......122 8.2.2 Beispiel eines zweidimensionalen Schalenmodells .......126 8.2.3 Rotationssymmetrisches Schalenmodell.............130
Inhaltsverzeichnis vii 8.3 Randstrukturbeeinflußter Ansatz ....................132 8.3.1 Beispiel eines zweidimensionalen Plattenmodells........134 8.3.2 Beispiel eines zweidimensionalen Schalenmodells........137 8.4 Vergleich der unterschiedlichen Vorgehensweisen ...........138 8.4.1 Plattenmodell ..........................138 8.4.2 Zweidimensionales Schalenmodell................141 8.5 Konvergenz des Verfahrens .......................141 8.6 Variabler Vorfaktor k ..........................145 8.7 Anwendung von CAO ..........................146 8.8 Diskussion ................................148 9 Zusammenfassung und Schlußfolgerungen 150 Literatur 154
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