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2012 | Buch

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Bioströmungsmechanik

Grundlagen, Methoden und Phänomene

verfasst von: Herbert Oertel jr., Sebastian Ruck

Verlag: Vieweg+Teubner Verlag

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch beschreibt anschaulich die Grundlagen der Bioströmungsmechanik und Biomechanik. Es behandelt deren Anwendung auf das Fliegen und Schwimmen von Lebewesen sowie auf die Blutzirkulation des Menschen. Aus den bioströmungsmechanischen Erkenntnissen werden technische Lösungen der Widerstandsreduzierung für die Luft- und Schifffahrt sowie Operationstechniken für den Menschen abgeleitet und dargestellt. In der 2. Auflage wurde das Kapitel Strömung-Struktur-Kopplung neu bearbeitet und um den Abschnitt Validierung ergänzt; ebenso das medizinische Anwendungskapitel, das eine neuartige Wellenpumpe für Herzgeschädigte beschreibt.

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Die biologische Evolution hat über 3 Milliarden Jahre auf der Erde stattgefunden. Dabei haben zehntausende unterschiedliche Lebewesen durch Anpassung und Evolution über Millionen von Jahren überlebt. Die natürliche Evolution durch Mutation und Selektion ist für jeden Organismus ein ganzheitlich optimiertes Auswahlprinzip, um mit einem Minimum an Ressourcen zu überleben. Viele kleine und zufällige Änderungen im Erbgut verändern Nachkommen in kleinen Nuancen.

Herbert Oertel jr., Sebastian Ruck

2. Grundlagen der Biomechanik

Zusammenfassung

In diesem Kapitel stellen wir die biologischen und strukturmechanischen Grundlagen für die mathematische Formulierung und physikalische Modellierung der Biomechanik bereit. Bei der Auswahl der Kapitel lassen wir uns von den einführenden Beispielen der Abbildung 1.1 leiten. Es gilt die Strukturmechanik und deren Dynamik für weiches Gewebe und Muskelschichten sowie für das Federkleid des Vogels zu formulieren.

Herbert Oertel jr., Sebastian Ruck

3. Grundlagen der Bioströmungsmechanik

Zusammenfassung

Die Ableitung der kontinuumsmechanischen Grundgleichungen der Bioströmungsmechanik am Volumenelement dV = dx · dy · dz = dx1 · dx2 · d×3 wird ausführlich in unseren Lehrbüchern der Strömungsmechanik H. Oertel jr. et al. 2008, 2011 beschrieben. In diesem Kapitel knüpfen wir an die Formulierung der Biomechanik des vorangegangenen Kapitels an.

Herbert Oertel jr., Sebastian Ruck

4. Fliegen

Zusammenfassung

Nachdem die biomechanischen und bioströmungsmechanischen Grundlagen bereitgestellt sind, kommen wir auf die im einführenden Kapitel 1.2 aufgeführten Beispiele des Fliegens in der Natur und deren technische Umsetzung im Hubschrauberflug und beim Verkehrsflugzeug zurück.

Herbert Oertel jr., Sebastian Ruck

5. Schwimmen

Zusammenfassung

Alle Methoden und Phänomene, die beim Flügelschlag des Vogels behandelt wurden, sind auf den Schwanzflossenschlag des Fisches übertragbar. Mit einem Unterschied, dass der Fisch auftriebsneutral schwimmt und mit einem symmetrischen Profil der Schwanzflosse kontinuierlich Vortrieb erzeugt. Das ist auch der Grund, warum in Abbildung 1.9 das Schwimmen die energetisch effizienteste Fortbewegungsart ist.

Herbert Oertel jr., Sebastian Ruck

6. Blutkreislauf

Zusammenfassung

Die Funktionsweise des Blutkreislaufes und des menschlichen Herzens haben wir in Kapitel 1.3 eingeführt. In diesem Kapitel werden die biomechanischen und bioströmungsmechanischen Grundlagen, mathematischen Methoden und numerischen Modelle bereitgestellt, die für die Berechnung der Strömung im menschlichen Blutkreislauf und im Herzen erforderlich sind.

Herbert Oertel jr., Sebastian Ruck

Backmatter

Titel: Bioströmungsmechanik
verfasst von: Herbert Oertel jr.
Sebastian Ruck
Copyright-Jahr: 2012
Verlag: Vieweg+Teubner Verlag
Electronic ISBN: 978-3-8348-8631-6
Print ISBN: 978-3-8348-1765-5
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-8348-8631-6

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