この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
3 用語と定義
このドキュメントでは、次の用語と定義が適用されます。
3.1
機械的適応成長
高応力領域に材料を局所的に追加するか、低応力領域から材料を除去することによる、変化する条件 (機械的負荷など) に対する樹木や骨などの生物学的構造の適切な反応
例:
太い年輪。
3.2
アルゴリズム
有限数のステップでタスクを完了するための正確に記述された手順
3.3
デザインスペース
コンポーネントに利用可能なボリューム
注記1:設計する部品の縁は、設計空間の限界を超えてはならない。
3.4
コンピューター支援による内部最適化
カイオ
負荷容量を増加させる目的で、繊維複合材の局所的な繊維配向を最適化するための 有限要素解析 (3.6) に基づく方法
3.5
コンピュータ支援最適化
曹操
有限要素解析(3.6) に基づいて部品の形状を最適化する方法。
注記 1: ノッチ (3.8) などの高応力領域の応力が減少し、コンポーネントの寿命が延びます。
3.6
有限要素解析
FEA
境界条件に従う偏微分方程式の近似解を得るための数値的方法
注記1:工学科学では、例えば、構造力学に関する質問に答えるために、解析方法として使用されます。 FEA を使用すると、複雑な構造が小さく単純な連結要素 (FEA メッシュ) を使用して分割されます。境界条件 (荷重、ベアリングなど) と材料特性が定義されている場合、複雑な構造の任意のセクションで応力、変形などを計算できます。
3.7
形状の最適化
定義された方法で特定のターゲット機能を変更するためのコンポーネントの表面の変更 (たとえば、応力を最小限に抑えるため)
3.8
ノッチ
ノッチ効果(3.9) によりコンポーネントを局所的に弱めるコンポーネントのくぼみ。
注記 1:このような弱点はほとんどの場合望ましくありませんが、コンポーネントが故障する場所を特定し、コンポーネントにかかる負荷を制限するために、特定のケースではノッチが所定の破断点として使用されます。
3.9
ノッチ効果
荷重を受ける 切欠き(3.8) における局所的な応力ピークの発生。
注記1ピークの高さは通常, ノッチのサイズと形状に依存する(3.8) 。応力は、曲率が減少し、 ノッチ (3.8) 輪郭のサイズが大きくなるにつれて減少します。
3.10
引張三角形の方法
コンポーネントの応力を均一化するための簡単なグラフィカルな方法
注記 1: ノッチ (3.8) などの高応力領域の応力を軽減し、構成部品の寿命を延ばすだけでなく、過負荷領域を除去して材料を節約するために使用できます。
3.11
ソフトキルオプション
SCO
有限要素解析(3.6) に基づいてコンポーネントの トポロジー(3.12) を最適化する方法。
注記 1:軽量設計提案は、 設計空間 (3.3) から低応力材料を連続的に除去することによって生成されます。
3.12
トポロジー
コンポーネントの構造要素 (穴、サポートなど) 間の関係 (位置と向きなど)
参考文献
| [1] | Mattheck C. 自然と工学における失敗の顔。発行者リサーチ センター カールスルーエ、2004 年 |
| [2] | Szabó B.、BabuskaI, I.: 有限要素解析入門。ワイリー&サンズ、2011 |
| [3] | Mattheck C.、自然の中でのデザイン - 木から学ぶ。 Springer Verlag, ハイデルベルク、1998 年 |
| [4] | Wolff J. 骨の内部構造と骨の成長の問題に対するそれらの重要性について。ヴィルヒョウ アーチ パス アナト フィジオ。 1870, 50 pp. 389–453 |
| [5] | Pauwels F.、筋骨格系の機能解剖学に関する論文集。スプリンガー出版社、ベルリン、1965 |
| [6] | http://www.sachs-engineering.com/tl_files/sachs/files/pdf/Flyer-Leichtbau-Optimierung.pdf; 最後のヒット: 08.04.2015 |
| [7] | Reuschel D.、有限要素法を使用した天然繊維複合材料の繊維配置の調査とその結果の技術コンポーネントへの転送。 Scientific Reports FZKA-6276, 論文、カールスルーエ大学 1999 年 |
| [8] | Mattheck C. 自然の後にツールを考える。カールスルーエ工科大学、2011 |
| [9] | Sörensen J.、ノッチ形状の最適化を簡素化するための調査。科学レポート FZKA-7397, 論文、カールスルーエ大学 2008 |
| [10] | Sauer A.、生体力学的に触発された構造最適化の単純化に関する調査。科学レポート、FZKA-7406, 論文、カールスルーエ大学 2008 |
| [11] | http://www.tailored-fiber-design.com/english/index.php ;最後のヒット: 08.04.2015 |
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
mechanical adaptive growth
appropriate reaction of biological structures, such as trees and bones, to changing conditions (e.g. mechanical loads) by locally adding material to high-stress areas or removing material from low-stress areas
EXAMPLE:
Thicker annual rings.
3.2
algorithm
precisely described procedure to complete a task in a finite number of steps
3.3
design space
volume available for a component
Note 1 to entry: The edges of the component to be designed shall not extend beyond the limits of the design space.
3.4
Computer Aided Internal Optimization
CAIO
method based on the finite element analysis (3.6) for the optimization of the local fibre orientation in fibre composites with the goal of increasing their load capacity
3.5
Computer Aided Optimization
CAO
method for optimizing the shapes of components based on the finite element analysis (3.6)
Note 1 to entry: The stresses in highly stressed areas, such as notches (3.8) , are reduced and the component lifespan is increased.
3.6
finite element analysis
FEA
numerical method for obtaining approximate solutions of partial differential equations subject to boundary conditions
Note 1 to entry: In the engineering sciences, it is used as an analysis method, for example, to answer questions relating to structural mechanics. With FEA, a complex structure is divided up using small, simple, and interlinked elements (FEA mesh). When boundary conditions (loads, bearings, etc.) and material properties are defined, it is possible to calculate stresses, deformations, etc. in any section of the complex structure.
3.7
shape optimization
modification of the surface of the component to modify a certain target function in a defined manner (for example, to minimize stresses)
3.8
notch
concavities in components that weaken a component locally due to the notch effect (3.9)
Note 1 to entry: Such weak points are not desired in most cases, but notches are used as predetermined breaking points in certain cases in order to specify where the component should fail and to limit the load that can be placed on the component.
3.9
notch effect
local arising of stress peaks on notches (3.8) subjected to a load
Note 1 to entry: The height of the peak usually depends on the size and shape of the notch (3.8) . The stresses decrease as the curvature is decreased and as the size of the notch (3.8) contour is increased.
3.10
Method of Tensile Triangles
simple graphical method for homogenizing stresses in components
Note 1 to entry: It can be used to reduce stresses in high-stress areas, for example, on notches (3.8) , and increase the component lifespan, as well as to remove underloaded areas and save material.
3.11
Soft Kill Option
SKO
method for optimizing the topology (3.12) of components based on the finite element analysis (3.6)
Note 1 to entry: Lightweight design proposals are generated by successively removing low-stressed material from the design space (3.3) .
3.12
topology
relationship (position and orientation, for example) between the structural elements (holes, supports, etc.) of a component
Bibliography
| [1] | Mattheck C., The face of failure in nature and engineering. Verlag Forschungszentrum Karlsruhe, 2004 |
| [2] | Szabó B., BabuskaI, I.: Introduction to Finite Element Analysis. Wiley & Sons, 2011 |
| [3] | Mattheck C., Design in nature – learning from trees. Springer Verlag, Heidelberg, 1998 |
| [4] | Wolff J., Über die innere Architektur der Knochen und ihre Bedeutung für die Frage vom Knochenwachstum. Virchow Arch Path Anat Physio. 1870, 50 pp. 389–453 |
| [5] | Pauwels F., Gesammelte Abhandlungen zur funktionellen Anatomie des Bewegungsapparates. Springer Verlag, Berlin, 1965 |
| [6] | http://www.sachs-engineering.com/tl_files/sachs/files/pdf/Flyer-Leichtbau-Optimierung.pdf; last hit: 08.04.2015 |
| [7] | Reuschel D., Untersuchung der Faseranordnung natürlicher Faserverbunde und Übertragung der Ergebnisse auf technische Bauteile mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. Wissenschaftliche Berichte FZKA-6276, Dissertation, Universität Karlsruhe 1999 |
| [8] | Mattheck C., Thinking Tools after Nature. Karlsruhe Institute of Technology, 2011 |
| [9] | Sörensen J., Untersuchungen zur Vereinfachung der Kerbformoptimierung. Wissenschaftliche Berichte FZKA-7397, Dissertation, Universität Karlsruhe 2008 |
| [10] | Sauer A., Untersuchungen zur Vereinfachung biomechanisch inspirierter Strukturoptimierung. Wissenschaftliche Berichte, FZKA-7406, Dissertation, Universität Karlsruhe 2008 |
| [11] | http://www.tailored-fiber-design.com/english/index.php ; last hit: 08.04.2015 |