Leichtbau

Das Gesamtwerk Leichtbau ist in zwei Bände gegliedert, die als selbständige Einzelwerke verstanden und genutzt werden können, die aber doch als Einheit konzipiert sind. Beide Teile sind in ihren didaktischen Zielen und Methoden aufeinander abgestimmt, damit der Zusammenhang zwischen analytischen Grundlagen und konstruktiven Folgerungen erkennbar wird. Zunächst sei erklärt, womit Band 2 Konstruktion über Band 1 Elemente hinausgeht, worin er sich auf diesen bezieht und was er im besonderen intendiert.

Am Anfang des Konstruktionsprozesses steht der Entwurf. Nach grundsätzlichen Entscheidungen über Nutzen und Kosten des Projektes ist ein Realisationskonzept zu entwickeln, eine Bauweise zu wählen und, nach einfacher Rechnung, die Struktur in ihren wichtigsten Teilen möglichst schon vorzudimensionieren und ihr Aufwand abzuschätzen. Bei variationsempfindlichen Systemen, etwa bei Luft- und Raumfahrzeugen, muß diese erste Entscheidungsphase öfter durchlaufen werden, ehe das Konzept zu einem realisationsreifen Entwurf konvergiert; erst dann kann die Detailkonstruktion einsetzen und eine genauere numerische Analyse rechtfertigen, die schließlich, nach iterativen Verbesserungen, die Funktionstüchtigkeit der Struktur bei minimalem Gewicht- oder Kostenaufwand nachweist.

Im Struktursystem werden die Kräftepfade definiert und die tragenden, kräfteeinleitenden oder stützenden Funktionen der Bauteile im wesentlichen festgelegt; in der Bauweise konkretisiert sich das System nach den technologischen und ökonomischen Bedingungen. Grenzen der Fertigungstechnik und des Werkstoffs schränken den Systementwurf ein; neue Bauweisen erschließen neue Möglichkeiten in der Anlage von Kräftepfaden und Systemfunktionen.

Die Leichtbaukonstruktion soll in allen ihren Elementen möglichst bis an die Grenze der Tragfähigkeit ausdimensioniert sein, sei es bis zur Materialfestigkeit, sei es gegen Knicken oder Beulen. Querschnitte von Stäben oder Flächen sowie Kräftepfade von Fach- und Netzwerken wurden nach diesen Kriterien optimiert (Kap. 4 bzw. Kap. 5). Die eigentlichen Festigkeitsprobleme der Konstruktion treten jedoch in der Regel, unabhängig von der Frage der Gesamtauslegung, an besonders kritischen Punkten auf: nämlich an Stellen konzentrierter Kräfteeinleitung, an Ausschnitten, an Fügungen oder wo sonst der elementare Kräftefluß durch materielle oder geometrische Diskontinuitäten gestört ist. Daraus resultierende Spannungshäufungen oder Spannungsspitzen mindern empfindlich die Lebensdauer dynamisch beanspruchter Strukturen (Abschn. 7.2). Gelingt es nicht, sie durch konstruktive Maßnahmen zu vermeiden, so muß das Nennspannungsniveau gesenkt werden, entweder durch Reduzieren der Last oder durch Überdimensionieren. Jedenfalls wird die Optimierung des Gesamttragwerks fragwürdig, wenn man Spannungsspitzen nicht oder nur mit erheblichen Zusatzaufwand vermeiden kann.