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Bionik in der Strukturoptimierung

Praxishandbuch für ressourceneffizienten Leichtbau

AutorAlexander Sauer
VerlagVogel Communications Group GmbH & Co. KG
Erscheinungsjahr2018
Seitenanzahl223 Seiten
ISBN9783834362339
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis49,80 EUR
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.

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Kapitelübersicht
  1. Titel
  2. 1 Bionik, Leichtbau und Strukturoptimierung
  3. 2 Leichtbau
  4. 3 Bionik
  5. 4 Kraftfluss
  6. 5 Optimierung
  7. 6 Evolutionäre Algorithmen
  8. 7 Strukturoptimierung
  9. 8 Topologieoptimierung
  10. 9 Kraftkegelmethode (KKM)
  11. 10 Formoptimierung
  12. 11 Dimensionierungs-, Sizing- oder Parameteroptimierung
  13. 12 Materialauswahl
  14. 13 ELiSE-Verfahren
  15. 14 Strukturoptimierung imProduktentwicklungsprozess
Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Titel3
Impressum / Copyright4
Vorwort5
Stichwortverzeichnis221
Inhaltsverzeichnis7
1 Bionik, Leichtbau und Strukturoptimierung11
2 Leichtbau13
2.1 Spannungsfeld Leichtbau13
2.2 Kosten16
2.3 Leichtbau-Begriffe18
3 Bionik25
3.1 Bionik: Biologie und Technik25
3.2 Übersetzungs-Wörterbuch: Biologie–Technik /Technik–Biologie28
3.3 Bionik in Entwicklungsprozesse integrieren32
4 Kraftfluss49
4.1 Geschlossener und offener Kraftfluss49
4.2 Favorisierter Kraftfluss51
4.3 Atomkräfte als Ursache des favorisierten Kraftflusses54
4.4 Gestaltung von Standardbauteilen in Abhängigkeit der Grundlastfälle59
5 Optimierung65
5.1 Grundlagen65
5.2 Optimierungsverfahren69
5.3 Optimierungstools73
6 Evolutionäre Algorithmen79
6.1 Evolutionäre Grundlagen79
6.2 Evolutionsstrategie81
6.3 Einfluss der Strategie und der Einstellungen auf den Optimierungsablauf81
6.4 Evolutionäre Optimierung mit Excel84
7 Strukturoptimierung91
7.1 Begriffe der Strukturoptimierung91
7.2 Fünf Disziplinen der Strukturoptimierung93
7.3 Strukturoptimierungsprogramme96
7.4 Überblick der erhältlichen Optimierungsprogramme97
7.5 FEM (Finite-Elemente-Methode)100
8 Topologieoptimierung103
8.1 Einführung103
8.2 Allgemeiner Ablauf einer Topologieoptimierung mit Ergebnisbetrachtung108
8.3 Soft-Kill-Option-Methode (SKO)120
8.4 SKO mit Excel123
8.5 FORTRAN-Programmierung der SKO-Methode127
8.6 Mathematische Topologieoptimierung128
9 Kraftkegelmethode (KKM)135
9.1 Motivation und Grundgedanke135
9.2 Begriffe der Kraftkegelmethode136
9.3 Drei Varianten der Kraftkegelmethode136
9.4 Weitere Anmerkungen und Hinweise144
9.5 Zusammenfassung und Übungen zur KKM146
10 Formoptimierung149
10.1 Was ist eine Form und wann ist eine Form gut gestaltet?149
10.2 Genauere Betrachtung der Kerbspannungen153
10.3 Was ist eine strukturmechanisch günstige Kerbkontur?155
10.4 Methoden zur Kerbformoptimierung157
10.5 Formoptimierung durch Zugdeformation157
10.5 Formoptimierung durch Zugdeformation157
10.6 Computer-Aided-Optimization-Methode (CAO)159
10.7 Methode der Zugdreiecke (ZDE)162
11 Dimensionierungs-, Sizing- oder Parameteroptimierung177
11.1 Biologisches Beispiel für Sizing177
11.2 Technische Beispiele für Sizing178
11.3 Parametervariation in Excel am Beispiel des Zugseils eines Balkons179
11.4 Excel-Solver181
11.5 FEM-Parameterstudie185
12 Materialauswahl189
12.1 Materialauswahl – Beharren im Bewährten oder risikobereit für neue Werkstoffe?189
12.2 Materialauswahlprozess190
12.3 Zusammenfassung des Auswahlprozesses196
13 ELiSE-Verfahren199
13.1 Diatomeen und Radiolarien200
13.2 ELiSE als Produktentstehungsprozess201
13.3 Anwendungsbeispiele204
13.4 Bewertung des ELiSE-Verfahrens und Einflüsse auf die Optimierungsgüte205
13.5 Ausblick: Weiterentwicklungen und Potenziale206
14 Strukturoptimierung imProduktentwicklungsprozess209
14.1 Übertragung der Optimierungsergebnisse in den Konstruktionsprozess210
14.2 Dienstleister und Fördermöglichkeiten211
14.3 Fazit211

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