Bionik in der Strukturoptimierung
Praxishandbuch für ressourceneffizienten Leichtbau
Alexander Sauer
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Alexander Sauer, Bionik in der Strukturoptimierung (2018), Vogel Communications Group, Würzburg, ISBN: 9783834362339
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Descripción / Abstract
Mit bionischen Verfahren lassen sich Bauteile so gestalten, dass sie mit minimalem Aufwand ihre strukturmechanischen Funktionen erfüllen. Ziel ist es, durch Leichtbaumaßnahmen eine Gewichtseinsparung zu erreichen, womit eine Performancesteigerung ermöglicht wird. Gleichzeitig wird durch ressourceneffizienten Material- und Methodeneinsatz eine Reduktion der Kosten angestrebt. Die Bionik ist hierbei ein mächtiges Werkzeug und hilft diese Ziele zu erreichen.
Aus dem Inhalt:
Leichtbau, Bionik
Kraftfluss
Strukturoptimierung
Evolutionäre Algorithmen
Topologieoptimierung
Formoptimierung
Materialauswahl
Bionik und Optimierung im Produktentwicklungsprozess
Das Buch bietet Konstrukteuren, Entwicklern, Studierenden und Interessierten einen Überblick der Strukturoptimierung und der entsprechenden Optimierungstools. Dies sind sowohl kommerzielle Computerprogramme, als auch robuste Vorgehensweisen, die direkt angewendet und eingesetzt werden können. Excel basierte Tools und Übungen stehen im Onlineservice InfoClick zum Download bereit.
Aus dem Inhalt:
Leichtbau, Bionik
Kraftfluss
Strukturoptimierung
Evolutionäre Algorithmen
Topologieoptimierung
Formoptimierung
Materialauswahl
Bionik und Optimierung im Produktentwicklungsprozess
Das Buch bietet Konstrukteuren, Entwicklern, Studierenden und Interessierten einen Überblick der Strukturoptimierung und der entsprechenden Optimierungstools. Dies sind sowohl kommerzielle Computerprogramme, als auch robuste Vorgehensweisen, die direkt angewendet und eingesetzt werden können. Excel basierte Tools und Übungen stehen im Onlineservice InfoClick zum Download bereit.
Descripción
Das Buch bietet Konstrukteuren und Entwicklern einen Überblick sowie Methoden insbesondere zur bionischen Bauteiloptimierung im Sinne des Leichtbaus und des ökonomischen Materialeinsatzes.
Índice
- BEGINN
- Titel
- Impressum / Copyright
- Vorwort
- Inhaltsverzeichnis
- 1 Bionik, Leichtbau und Strukturoptimierung
- 2 Leichtbau
- 2.1 Spannungsfeld Leichtbau
- 2.2 Kosten
- 2.3 Leichtbau-Begriffe
- 3 Bionik
- 3.1 Bionik: Biologie und Technik
- 3.2 Übersetzungs-Wörterbuch: Biologie–Technik /Technik–Biologie
- 3.3 Bionik in Entwicklungsprozesse integrieren
- 4 Kraftfluss
- 4.1 Geschlossener und offener Kraftfluss
- 4.2 Favorisierter Kraftfluss
- 4.3 Atomkräfte als Ursache des favorisierten Kraftflusses
- 4.4 Gestaltung von Standardbauteilen in Abhängigkeit der Grundlastfälle
- 5 Optimierung
- 5.1 Grundlagen
- 5.2 Optimierungsverfahren
- 5.3 Optimierungstools
- 6 Evolutionäre Algorithmen
- 6.1 Evolutionäre Grundlagen
- 6.2 Evolutionsstrategie
- 6.3 Einfluss der Strategie und der Einstellungen auf den Optimierungsablauf
- 6.4 Evolutionäre Optimierung mit Excel
- 7 Strukturoptimierung
- 7.1 Begriffe der Strukturoptimierung
- 7.2 Fünf Disziplinen der Strukturoptimierung
- 7.3 Strukturoptimierungsprogramme
- 7.4 Überblick der erhältlichen Optimierungsprogramme
- 7.5 FEM (Finite-Elemente-Methode)
- 8 Topologieoptimierung
- 8.1 Einführung
- 8.2 Allgemeiner Ablauf einer Topologieoptimierung mit Ergebnisbetrachtung
- 8.3 Soft-Kill-Option-Methode (SKO)
- 8.4 SKO mit Excel
- 8.5 FORTRAN-Programmierung der SKO-Methode
- 8.6 Mathematische Topologieoptimierung
- 9 Kraftkegelmethode (KKM)
- 9.1 Motivation und Grundgedanke
- 9.2 Begriffe der Kraftkegelmethode
- 9.3 Drei Varianten der Kraftkegelmethode
- 9.4 Weitere Anmerkungen und Hinweise
- 9.5 Zusammenfassung und Übungen zur KKM
- 10 Formoptimierung
- 10.1 Was ist eine Form und wann ist eine Form gut gestaltet?
- 10.2 Genauere Betrachtung der Kerbspannungen
- 10.3 Was ist eine strukturmechanisch günstige Kerbkontur?
- 10.4 Methoden zur Kerbformoptimierung
- 10.5 Formoptimierung durch Zugdeformation
- 10.5 Formoptimierung durch Zugdeformation
- 10.6 Computer-Aided-Optimization-Methode (CAO)
- 10.7 Methode der Zugdreiecke (ZDE)
- 11 Dimensionierungs-, Sizing- oder Parameteroptimierung
- 11.1 Biologisches Beispiel für Sizing
- 11.2 Technische Beispiele für Sizing
- 11.3 Parametervariation in Excel am Beispiel des Zugseils eines Balkons
- 11.4 Excel-Solver
- 11.5 FEM-Parameterstudie
- 12 Materialauswahl
- 12.1 Materialauswahl – Beharren im Bewährten oder risikobereit für neue Werkstoffe?
- 12.2 Materialauswahlprozess
- 12.3 Zusammenfassung des Auswahlprozesses
- 13 ELiSE-Verfahren
- 13.1 Diatomeen und Radiolarien
- 13.2 ELiSE als Produktentstehungsprozess
- 13.3 Anwendungsbeispiele
- 13.4 Bewertung des ELiSE-Verfahrens und Einflüsse auf die Optimierungsgüte
- 13.5 Ausblick: Weiterentwicklungen und Potenziale
- 14 Strukturoptimierung imProduktentwicklungsprozess
- 14.1 Übertragung der Optimierungsergebnisse in den Konstruktionsprozess
- 14.2 Dienstleister und Fördermöglichkeiten
- 14.3 Fazit
- Stichwortverzeichnis