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Über dieses Buch

Leichtbau ist ein wichtiges Arbeitsgebiet in so weitgespannten und unterschiedlichen Bereichen wie Luft- und Raumfahrttechnik, Fahrzeugbau, Schiffs- und Meerestechnik, Maschinenbau, Fördertechnik, Stahlbau und Fertigungstechnik. Das zweibändige Werk Leichtbau beschreibt dem Konstrukteur Funktionen und Auslegungskriterien von Leichtbaustrukturen und vermittelt Konstruktions- und Gestaltungsprinzipien. Band 2 behandelt Syntheseaspekte der Konstruktion: Kriterien und Verfahren des Entwerfens und Optimierens, der Auswahl und der beanspruchungsgerechten Gestaltung von Bauteilen und Strukturen auf der technologischen Basis aktueller Bauweisen und Werkstoffe, unter Gesichtspunkten der Zuverlässigkeit und der Schadenstoleranz. Intendiert ist eine auf die Prinzipien Funktionalität, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit ausgerichtete Konstruktionslehre.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung
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.
Johannes Wiedemann

2. Strukturentwurf

Zusammenfassung
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.
Johannes Wiedemann

3. Werkstoffe und Bauweisen

Zusammenfassung
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.
Johannes Wiedemann

4. Bauteiloptimierung über den Strukturkennwert

Zusammenfassung
Ein Tragwerk soll nach Betrag, Richtung, Ort oder Wirkungslinie vorgegebene Kräfte und Momente im Raum übertragen. Sind diese Vorgaben konstant, so dient es nur diesem einzigen Lastfall oder Zweck. Dabei ist nicht ausgeschlossen, daß einschränkende Nebenbedingungen verschiedener Art zu berücksichtigen sind.
Johannes Wiedemann

5. Entwurf und Optimierung von Kräftepfaden

Zusammenfassung
Im Vorangegangenen wurden hauptsächlich einachsig beanspruchte Stäbe, Scheiben, Platten und Schalen betrachtet; ihr Querschnittsprofil und gegebenenfalls stützende Querrippen waren nach Kriterien des örtlichen und des globalen Beulens auszulegen. Durch die Stabilitätsproblematik nahm der Strukturkennwert wesentlich Einfluß auf die Bewertung unterschiedlicher Bauweisen. Für die Schubwand, im einfachsten Fall eine zweiachsig diagonal auf Zug und Druck beanspruchte Scheibe, kam auch eine Fachwerkausführung in Frage. Neben den Stabquerschnitten ließen sich dabei, abhängig vom Kennwert, auch die Stabwinkel, also die Kräftepfade optimieren (Bild 4.3/64). Alternative oder variable Pfade interessieren nur bei mehrachsig beanspruchten Strukturen, sei es aufgrund der äußeren Belastung, sei es infolge von Kräfteeinleitungen oder -umleitungen an Fügungen und Ausschnitten.
Johannes Wiedemann

6. Krafteinleitungen, Ausschnitte und Verbindungen

Zusammenfassung
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.
Johannes Wiedemann

7. Sicherheit und Zuverlässigkeit

Zusammenfassung
Flugzeugunfälle, die durch Mängel oder Schäden der Struktur ausgelöst werden, haben ihre Ursache meistens in örtlichen Spannungskonzentrationen oder Inhomogenitäten an Kräfteeinleitungen und Fügungen. Insofern schließen sich die Betrachtungen über Sicherheit und Zuverlässigkeit der Konstruktion folgerichtig den vorausgegangenen Ausführungen (Kap. 6) an. Aber auch Fragen der Gewichtsminimierung (Kap. 4 und 5) sind im Hinblick auf die Sicherheitsforderung nochmals aufzugreifen; schließlich ist auch eine strengere Bewertung der Werkstoffe und Bauweisen (Kap. 3) hinsichtlich ihres Ermüdungsverhaltens, ihrer Schadensausbreitung und ihrer Fail-Safe-Qualität notwendig.
Johannes Wiedemann

Erratum to: Strukturentwurf

Ohne Zusammenfassung
Johannes Wiedemann

Erratum to: Werkstoffe und Bauweisen

Ohne Zusammenfassung
Johannes Wiedemann

Erratum to: Bauteiloptimierung über den Strukturkennwert

Ohne Zusammenfassung
Johannes Wiedemann

Erratum to: Entwurf und Optimierung von Kräftepfaden

Ohne Zusammenfassung
Johannes Wiedemann

Erratum to: Krafteinleitungen, Ausschnitte und Verbindungen

Ohne Zusammenfassung
Johannes Wiedemann

Backmatter

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