Dieses Übungsbuch beinhaltet eine umfangreiche Sammlung von Aufgaben zum Themenkomplex Leichtbau. Insbesondere werden die Grundlagen der Festigkeitslehre, Stoffleichtbau und Formleichtbau sowie Sandwichelemente behandelt. Dabei wird vor allem auf Grenzbeanspruchung und Optimierung der Strukturen eingegangen. Das Buch zeichnet sich durch detaillierte Müsterlösungen aus, sodass Studierende von Bachelor- und Masterstudiengängen die Lösungswege einfach nachvollziehen können. Das Werk ist dadurch auch für das Selbststudium bestens geeignet. Inhaltsverzeichnis Aufgaben.- Musterlösungen zu den Übungsaufgaben.- Anhang.
Diese Studienhilfe zu numerischen Optimierungsverfahren richtet sich an Studierende des Maschinenbaus im Grundstudium und im Hauptstudium. Optimierungsverfahren gewinnen zunehmend an Bedeutung für den Leichtbau, wo eine Gewichtsreduzierung z.B. im Automobilbau oder in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und einer entsprechenden Senkung der Betriebskosten sowie zu positiven Auswirkungen auf die Umwelt führen kann. Basierend auf dem freien Computeralgebrasystem Maxima stellen die Autoren Verfahren zur numerischen Lösung ingenieurmathematischer Probleme sowie Anwendungen aus traditionellen Lehrveranstaltungen zur Festigkeit von Werkstoffen vor. Die mechanischen Theorien konzentrieren sich auf die typischen eindimensionalen Strukturelemente, d.h. Federn, Stäbe und Euler-Bernoulli-Balken, um die Komplexität des numerischen Rahmens zu reduzieren und den resultierenden Entwurf auf eine geringe Anzahl von Variablen zu beschränken. Die Verwendung eines Computeralgebrasystems und der darin enthaltenen Funktionen, z. B. für Ableitungen oder Gleichungslösungen, ermöglicht eine stärkere Konzentration auf die Methodik der Optimierungsverfahren und nicht auf Standardverfahren. Das Buch enthält auch zahlreiche Beispiele, darunter einige, die mit Hilfe eines grafischen Ansatzes gelöst werden können, um dem Leser ein besseres Verständnis der Computerimplementierung zu vermitteln. Inhaltsverzeichnis 1. Einführung.- 2. Unbeschränkte Funktionen einer Variablen.- 3. Beschränkte Funktionen einer Variablen.- 4. Unbeschränkte Funktionen mehrerer Variablen.- 5. Gebundene Funktionen mehrerer Variablen.- 6. Antworten auf ergänzende Probleme.
Dieses Lehrbuch stellt die unterschiedlichen Leichtbaukonzepte anhand einfacher eindimensionaler Strukturen in sehr verständlicher Weise dar und ermöglicht einen leichten Einstieg in das Thema. Es werden nachvollziehbare Informationen und Hinweise zur Werkstoffauswahl und geometrischen Gestaltung von Bauteilen gegeben.
Die Einführung in die Methode der Finiten Elemente ist so konzipiert, dass sie nur anhand eindimensionaler Elemente erläutert wird. Dadurch bleibt die mathematische Beschreibung überschaubar, dennoch ist die Formulierung stets wissenschaftlich exakt. Das besondere Augenmerk liegt auf der Erläuterung der Methode und deren Verständnis. Leser lernen, die Annahmen und Ableitungen bei verschiedenen physikalischen Problemstellungen in der Strukturmechanik zu verstehen und Möglichkeiten und Grenzen der Methode der Finiten Elemente kritisch zu beurteilen.
Neuer didaktischer Ansatz mit zahlreichen Übungsaufgaben
In der Ingenieurpraxis werden in der Regel recht komplexe Systeme, auch unter der Verwendung kommerzieller Programmpakete, optimiert. Zur Einführung der unterschiedlichen Leichtbaukonzepte im Rahmen eines Hochschulingenieurstudiums kann jedoch auch zuerst auf einfache Strukturelemente, die im Rahmen der technischen Mechanik vorgestellt werden, zurückgegriffen werden. Die einfachsten Elemente sind hierbei Stäbe und Balken, die neben Federn den eindimensionalen Strukturelementen zugerechnet werden. Anhand dieser Elemente können recht anschaulich Fragestellungen zur Werkstoffauswahl und der geometrischen Gestaltung und Optimierung von lasttragenden Strukturen diskutiert werden. Somit bietet dieses Lehrbuch eine einfache und umfassende „Anleitung“ zur Anwendung der unterschiedlichen Leichtbaukonzepte, wobei der Schwerpunkt auf dem Soff- und Formleichtbau beziehungsweise der Kombination dieser beiden Konzepte liegt. Das Buch wendet sich an Studierende der Ingenieurwissenschaften.
Eine Einführung anhand einfacher Strukturelemente für Studierende
55 Seiten
2 Lesestunden
Andreas Öchsner bietet eine einfache Einführung in die unterschiedlichen Konzepte des Leichtbaus, wobei der Schwerpunkt auf Konzepten der Strukturmechanik und Festigkeitslehre liegt. Neben den theoretischen Grundlagen stellt der Autor auch Fragestellungen zu praktischen Anwendungsgebieten vor. Das Leichtbaupotenzial von Konstruktionen spielt in den verschiedenen Bereichen des Transportwesens – zum Beispiel im Automobil- und Flugzeugbau – eine entscheidende Rolle, da die Betriebskosten zu einem wesentlichen Teil durch das Gewicht einer Struktur bestimmt werden. Insbesondere ist für einen Konstrukteur das Verhältnis von Betriebslast zum Eigengewicht eine wichtige Kennzahl zur Beurteilung der Leichtbaugüte einer Konstruktion.
Einführung und Modellierung der statischen Verformung und Beanspruchung
56 Seiten
2 Lesestunden
Andreas Öchsner bietet eine Einführung in die unterschiedlichen Theorien der statischen Balkenbiegung sowie deren Annahmen und Limitierungen. Er behandelt insbesondere die Theorien nach Euler-Bernoulli, Timoshenko und Levinson bei kleinen Verformungen und Dehnungen. Dieses Wissen bildet die Grundlage für die Anwendung moderner Berechnungsmethoden, zum Beispiel der Methode der finiten Elemente (FEM). Das Buch bietet eine kompakte und schnelle „Anleitung“ zur Anwendung der unterschiedlichen Balkentheorien. Die Annahmen und Limitierungen werden hier vergleichend in einem Werk dargestellt. Die grundlegenden Beziehungen, die zur beschreibenden Differenzialgleichung führen, sind ausführlich dargestellt und erläutert.
