Verfügbarkeit: Bionik in der Strukturoptimierung

Bionik in der Strukturoptimierung: Praxishandbuch für ressourceneffizienten Leichtbau

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Sauer, Alexander (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Würzburg Vogel Communications Group [2018]
Ausgabe:	1. Auflage
Schlagworte:	Evolutionärer Algorithmus Werkstoffwahl Leistungssteigerung Produktentwicklung Gestaltoptimierung Ressourceneffizienz Strukturoptimierung Leichtbau Konstruktion CA-Technik Bionik 3D-Druck ANSYS-Parameter-Variation Additive Fertigung Additive Manufacturing Bedingungsleichtbau Biomimetic Engineering Bionische Struktur CAD CAE CAM CAO-Methode CAX Computer-Aided-Opitimization Diatomeen Dimensionierung Evolutionsstrategie Evolutionäre Algorithmen FEM Fertigungsleichtbau Finite-Elemente-Methode Formleichtbau Formoptimierung Funktionsleichtbau Leichtbau-Bauweisen konstruktiver Leichtbau
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	223 Seiten Illustrationen, Diagramme 25 cm
ISBN:	9783834333810 3834333816

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS V O R W O R T ......................................................................................................................................... 5 1 BIONIK, LEICHTBAU UND S TRU K TU RO P TIM IE RU N G .................................................................. 11 2 L E IC H TB A U .............................................................................................................................. 13 2.1 SPANNUNGSFELD LEICHTBAU.......................................................................................... 13 2.1.1 GRUENDE FUER LEICHTBAU................................................................................... 13 2.1.2 GRUENDE FUER GEWICHTSZUNAHME ................................................................... 13 2.1.3 DREI LEICHTBAU-LEITLINIEN.............................................................................. 15 2.2 KOSTEN......................................................................................................................... 16 2.2.1 KOSTENSTRUKTUR IM VERARBEITENDEN GEWERBE............................................ 16 2.2.2 ZUSAMMENHANG VON GEWICHT ZU KOSTEN EINES PRODUKTES.................... 17 2.3 LEICHTBAU-BEGRIFFE...................................................................................................... 18 2.3.1 LEICHTBAU-STRATEGIEN.................................................................................... 20 2.3.2 LEICHTBAU-WERKZEUGE.................................................................................. 20 2.3.3 LEICHTBAU-BAUWEISEN ................................................................................... 21 3 B IO N IK .................................................................................................................................... 25 3.1 BIONIK: BIOLOGIE UND T ECHNIK.................................................................................. 25 3.1.1 BEDEUTUNG DER B IO N IK................................................................................. 25 3.1.2 VORAUSSETZUNGEN, UM BIONIK ERFOLGREICH ANZUWENDEN ......................... 26 3.1.3 BIOLOGIE UND EVOLUTION - EINFLUESSE AUF DIE S TRU KTU R ............................... 27 3.2 UEBERSETZUNGS-WOERTERBUCH: BIOLOGIE-TECHNIK / TECHNIK-BIOLOGIE ....................... 28 3.2.1 LAGE- UND RICHTUNGSBEZEICHNUNG ................................................ 29 3.2.2 ALLGEMEINER STRUKTURELLER AUFBAU VON PFLANZEN ...................................... 30 3.2.3 TECHNISCHE UND NATUERLICHE FASERVERBUNDWERKSTOFFE UND IHRE AUSGANGSWERKSTOFFE.................................................................................... 32 3.3 BIONIK IN ENTWICKLUNGSPROZESSE INTEGRIEREN PROF. DR. H EIKE B E IS M A N N ............................................................................................. 32 3.3.1 ENTWICKLUNGSPROZESS DER VDI 2221 .......................................................... 35 3.3.2 INTEGRATION DER BIONIK IN DIE EINZELNEN ARBEITSABSCHNITTE.................... 37 3.3.3 ANWENDUNGSBEISPIEL.................................................................................... 45 3.3.4 GESAMTBETRACHTUNG..................................................................................... 46 4 K RA FTFLU S S .............................................................................................................................. 49 4.1 GESCHLOSSENER UND OFFENER KRAFTFLUSS . ................................................................... 49 4.2 FAVORISIERTER KRAFTFLUSS............................................................................................... 51 4.3 ATOMKRAEFTE ALS URSACHE DES FAVORISIERTEN KRAFTFLUSSES ........................................ 54 4.3.1 ATOMKRAEFTE ................................................................................................... 54 4.3.2 ELASTISCHE UND PLASTISCHE VERFORMUNGEN .................................................. 55 4.3.3 MATERIALGESETZ UND MATERIALFESTIGKEITEN .................................................. 56 4.3.4 QUALITATIVER KRAFTFLUSS: EIN EINFACHES M O D E LL ...................................... 57 4.4 GESTALTUNG VON STANDARDBAUTEILEN IN ABHAENGIGKEIT DER GRUNDLASTFAELLE............................................................................................................. 59 4.4.1 FUENF GRUNDLASTFAELLE ...................................................................................... 59 4.4.2 STANDARDBAUTEILE........................................................................................... 59 4.4.3 UEBERBLICK STRUKTURMECHANISCH GUENSTIGER S TRUKTUREN............................... 60 5 O P TIM IE RU N G ......................................................................................................................... 65 5.1 GRUNDLAGEN................................................................................................................. 65 5.1.1 ALLGEMEINE BESCHREIBUNG............................................................................ 65 5.1.2 LOKALE UND GLOBALE EXTREMWERTE .............................................................. 66 5.1.3 PRAKTISCHES BEISPIEL: PAPIERSCHACHTEL ......................................................... 67 5.2 OPTIMIERUNGSVERFAHREN ............................................................................................. 69 5.3 OPTIMIERUNGSTOOLS...................................................................................................... 73 5.3.1 UNTERSCHEIDUNG DER OPTIMIERUNGSTOOLS IN VIER KLASSEN ........................... 74 5.3.2 WANN WIRD WELCHE METHODE EINGESETZT? ............................................... 77 6 E VOLUTIONAERE A LG O RITH M E N .............................................................................................. 79 6.1 EVOLUTIONAERE GRUNDLAGEN.......................................................................................... 79 6.2 EVOLUTIONSSTRATEGIE..................................................................................................... 81 6.3 EINFLUSS DER STRATEGIE UND DER EINSTELLUNGEN AUF DEN OPTIMIERUNGSABLAUF .... 81 6.3.1 PLUS- ODER KOMMA-STRATEGIE...................................................................... 81 6.3.2 ANZAHL DER NACHKOMMEN ........................................................................... 82 6.3.3 FESTLEGUNG DER MUTATIONSSCHRITTWEITE BZW. MUTATIONSRATE ................... 82 6.3.4 VORGEHENSWEISEN, UM AUS LOKALEN EXTREMWERTSTELLEN HERAUSZUFINDEN 84 6.4 EVOLUTIONAERE OPTIMIERUNG MIT EXCEL ....................................................................... 84 6.4.1 EXCEL-FUNKTIONEN ZUR BERECHNUNG DER M UTATIONSRATE ............................ 85 6.4.2 UMSETZUNG EINER ES-OPTIMIERUNG IN EXCEL .............................................. 86 6.4.3 (1+3)-ES-STRATEGIE......................................................................................... 87 6.4.4 ANZAHL DER NACHKOMMEN ERHOEHEN ........................................................... 88 7 S TRU K TU RO P TIM IE RU N G ......................................................................................................... 91 7.1 BEGRIFFE DER STRUKTUROPTIMIERUNG ............................................................................ 91 7.2 FUENF DISZIPLINEN DER STRUKTUROPTIM IERUNG ............................................................. 93 7.3 STRUKTUROPTIMIERUNGSPROGRAMME............................................................................. 96 7.4 UEBERBLICK DER ERHAELTLICHEN OPTIMIERUNGSPROGRAMME........................................... 97 7.5 FEM (FINITE-ELEMENTE-METHODE).................................................................................100 8 T O P O LO G IE O P TIM IE RU N G ........................................................................................................103 8.1 EINFUEHRUNG....................................................................................................................103 8.1.1 BEISPIELE AUS DER BIOLOGIE........................................................................... 103 8.1.2 KNOCHEN UND KNOCHENWACHSTUM PROF. DR. MED. M ARCUS J AE G E R ...................................................................... 104 8.1.3 HISTORISCHE ANSAETZE EINER OPTIMIERTEN TOPOLOGIE ................................... 107 8.2 ALLGEMEINER ABLAUF EINER TOPOLOGIEOPTIMIERUNG MIT ERGEBNISBETRACHTUNG ...... 108 8.2.1 DER WEG ZU EINEM OPTIMALEN DESIGN...................................................... 108 8.2.2 WAHL DER Z IELFUNKTION................................................................................. 110 8.2.3 BETRACHTUNG DER DESIGNVORSCHLAEGE ............................................................ 111 8.2.4 DIE SPANNUNGSART ALS BEWERTUNGSGROESSE: VON-MISES-VERGLEICHSSPANNUNG ODER HN S ................................................. 115 8.2.5 HOEHE DER REFERENZSPANNUNG, FUELLGRAD, MASSEN- ODER GEWICHTSREDUKTION........................................................................................ 116 8.2.6 SUBOPTIMALE DESIGNVORSCHLAEGE................................................................... 117 8.2.7 WEITERE STELLSCHRAUBEN................................................................................ 118 8.3 SOFT-KILL-OPTION-METHODE (SKO).................................................................................120 8.3.1 EIN KRAGTRAEGER ALS OPTIMIERUNGSBEISPIEL .................................................. 121 8.3.2 STELLGROESSEN DER SKO-METHODE................................................................... 121 8.4 SKO MIT EXCEL.............................................................................................................. 123 8.4.1 EXCEL-UMSETZUNG DER SKO-METHODE......................................................... 123 8.4.2 DETAILLIERTER ABLAUFPLAN EINER O PTIM IERUNG.............................................. 124 8.4.3 ERGEBNISDARSTELLUNG ...................................................................................... 126 8.5 FORTRAN-PROGRAMMIERUNG DER SKO-METHODE ...................................................... 127 8.6 MATHEMATISCHE TOPOLOGIEOPTIMIERUNG .................................................................... 128 8.6.1 VORGEHEN EINER MATHEMATISCHEN OPTIM IERUNG ....................................... 128 8.6.2 TOPOPT-OPTIMIERUNGSPROGRAMM ................................................................ 133 9 K RA FTKEGELM ETHODE (K K M ).................................................................................................135 9.1 MOTIVATION UND GRUNDGEDANKE ................................................................................ 135 9.2 BEGRIFFE DER KRAFTKEGELMETHODE ............................................................................... 136 9.3 DREI VARIANTEN DER KRAFTKEGELMETHODE ................................................................... 136 9.3.1 ALLGEMEINE VORGEHENSWEISE....................................................................... 137 9.3.2 VARIANTE 1: WIRKLINIE DER KRAFT IST SENKRECHT ZUR LAGEREBENE .............. 138 9.3.3 VARIANTE 2: WIRKLINIE DER KRAFT IST PARALLEL ZUR LAGEREBENE ................... 139 9.3.4 VARIANTE 3: WIRKLINIE DER KRAFT IST PARALLEL ZUR LAGEREBENE UND LAGERABSTAND IST GERINGER ALS DIE HOEHE DES KRAFTANGRIFFSPUNKTES ...... 140 9.4 WEITERE ANMERKUNGEN UND HINWEISE ..................................................................... 144 9.4.1 AENDERUNG DER KRAFTWIRKLINIE FUEHRT ZU MINDESTENS ZWEI STREBEN ......... 144 9.4.2 EINFLUSS DER KRAFTFLUSSUMLENKUNG AUF DAS VOLUMEN DER S TRUKTUR ........ 145 9.4.3 DIMENSIONIERUNG DER STREBEN ....................................................... 145 9.5 ZUSAMMENFASSUNG UND UEBUNGEN ZUR K KM ............................................................146 10 F O RM O P TIM IE RU N G .................................................................................................................. 149 10.1 WAS IST EINE FORM UND WANN IST EINE FORM GUT GESTALTET? ................................. 149 10.1.1 TECHNISCHES BEISPIEL FUER EINE STRUKTURMECHANISCH GUENSTIGE FORM........ 149 10.1.2 BIOLOGISCHE BEISPIELE FUER KRAFTFLUSSGERECHT GEFORMTE STRUKTUREN .......... 150 10.1.3 HISTORISCHE ANSAETZE ZUR KERBFORMOPTIMIERUNG ....................................... 151 10.2 GENAUERE BETRACHTUNG DER KERBSPANNUNGEN ........................................................ 153 10.3 WAS IST EINE STRUKTURMECHANISCH GUENSTIGE KERBKONTUR?......................................155 10.3.1 GRUNDLAGEN DES BAUMWACHSTUMS............................................................. 155 10.4 METHODEN ZUR KERBFORMOPTIMIERUNG ...................................................................... 157 10.5 FORMOPTIMIERUNG DURCH ZUGDEFORM ATION................................................................157 10.6 COMPUTER-AIDED-OPTIMIZATION-METHODE (C A O )..................................................... 159 10.6.1 UMSETZUNG DES LASTADAPTIVEN HOLZWACHSTUMS MITTELS EINER ADAPTIVEN FEM-STRUKTUR............................................................................... 159 10.7 METHODE DER ZUGDREIECKE (ZDE).............................................................................. 162 10.7.1 SPANNUNGSSITUATION IM KERBGRUND EINER BALKENSCHULTER ......................... 163 10.7.2 ZUGDREIECKSMETHODE BEI EINER BALKENSCHULTER ........................................ 164 10.7.3 ZWEIACHSIGE BELASTUNG ................................................................................ 166 10.7.4 ANWENDUNGSBEISPIEL W INKELSTRUKTUR......................................................... 169 10.7.5 SCHRUMPF-ZDE............................................................................................... 169 10.7.6 WACHSEN UND SCHRUMPFEN.......................................................................... 170 10.7.7 VERTIEFENDES ZUGDREIECKS-KNOW-HOW........................................................ 171 11 DIMENSIONIERUNGS-, SIZING- ODER PARAMETEROPTIMIERUNG .................... 177 11.1 BIOLOGISCHES BEISPIEL FUER SIZING ......................... 177 11.2 TECHNISCHE BEISPIELE FUER SIZING .................................................................................178 11.3 PARAMETERVARIATION IN EXCEL AM BEISPIEL DES ZUGSEILS EINES BALKONS ................... 179 11.4 EXCEL-SOLVER..................................................................................................................181 11.5 FEM-PARAMETERSTUDIE.................................................................................................. 185 11.5.1 ANSYS-PARAMETER-VARIATION ........................................................................ 186 12 MATERIALAUSWAHL ................................................................................................................... 189 12.1 MATERIALAUSWAHL - BEHARREN IM BEWAEHRTEN ODER RISIKOBEREIT FUER NEUE WERKSTOFFE? ..................................................................................................................189 12.2 MATERIALAUSWAHLPROZESS.............................................................................................. 190 12.2.1 SCHRITT 1: ANFORDERUNGSPROFIL ..................................................................... 190 12.2.2 SCHRITT 2: SCREENING...................................................................................... 191 12.2.3 SCHRITT 3: RANKING ........................................................................................ 192 12.2.4 SCHRITT 4: GANZHEITLICHE BEWERTUNG - P ORTFOLIO ...................................... 196 12.2.5 SCHRITT 5: BEWERTUNG MIT LOKALEN GEGEBENHEITEN .................................. 196 12.3 ZUSAMMENFASSUNG DES AUSWAHLPROZESSES .............................................................. 196 13 ELISE-VERFAHREN .................................................................................................................... 199 13.1 DIATOMEEN UND RADIOLARIEN DR. C HRISTIAN H A M M ...................................................................................................... 200 13.2 ELISE ALS PRODUKTENTSTEHUNGSPROZESS ...................................................................... 201 13.3 ANWENDUNGSBEISPIELE................................................................................................. 204 13.3.1 OFFSHORE-GRUENDUNGSSTRUKTUR ......................................................................... 204 13.3.2 B-SAEULE IM A UTOM OBILBAU.............................................................................204 13.4 BEWERTUNG DES ELISE-VERFAHRENS UND EINFLUESSE AUF DIE OPTIM IERUNGSGUETE ........ 205 13.5 AUSBLICK: WEITERENTWICKLUNGEN UND POTENZIALE.....................................................206 14 STRUKTUROPTIMIERUNG IM PRODUKTENTWICKLUNGSPROZESS ...............................................209 14.1 UEBERTRAGUNG DER OPTIMIERUNGSERGEBNISSE IN DEN KONSTRUKTIONSPROZESS ............ 210 14.2 DIENSTLEISTER UND FOERDERMOEGLICHKEITEN .................................................................... 211 14.3 F A ZIT...............................................................................................................................211 ABKUERZUNGEN ............................................................................................................................... 213 QUELLENVERZEICHNIS ..................................................................................................................... 215 STICHWORTVERZEICHNIS 221
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THWS Schweinfurt Zentralbibliothek Lesesaal

Bestandesangaben von THWS Schweinfurt Zentralbibliothek Lesesaal
Signatur:	2000 ZL 3240 S255
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