Prof. Dr. Claus Mattheck

 

 

WARUM ALLES KAPUTT GEHT

 

Bauteiloptimierung ohne Computer nach der Natur

Moderne Denkwerkzeuge

Funktionelles mechanisches Sehen

 

 

 

Das Seminar führt ein in die wesentlichen Familien verwandter Versagensmechanismen in häufig verwendeten Materialien, leitet dazu an, Schwachstellen in Bauteilen zu erkennen - gleichsam einen schadenskundlichen Blick zu entwickeln - und führt hin zu den Optimierungsmethoden nach dem Vorbild der Natur. Es werden Hinweise zur betriebsgerechten Werkstoffauswahl gegeben. Bauteiloptimierungen werden beispielhaft vorgeführt. Es wendet sich an Konstrukteure, Entwickler und Designer! Neue Optimierungsmethoden, die rein graphisch, ohne spezielle Software arbeiten, werden vorgestellt! Neue Denkweisen zur Bruchmechanik stoppen Risse. Sehen lernen!

 

 

Die Vorbilder sind Bäume, Knochen aber auch die Geologie:

Natürliche Bauteile streben lebenslang eine gleichförmige Spannungsverteilung auf der Oberfläche an. Wird diese gestört, bilden sie am Orte höchster Spannung verstärktes Wachstum aus, wodurch Schwachstellen entschärft werden. Umgekehrt werden Faulpelze im Bauteil ausgemerzt. Die Erosion und die Deformation - auch die plastische! - schaffen oft computerfrei Optimalformen. 

    

 

Die Methoden:

Wir haben drei Denkwerkzeuge entwickelt, die Methode der Schubvierecke, die der Zugdreiecke die Methode der Kraftkegel. Diese ermöglichen in vielen Fällen Bauteiloptimierung per Maus-Klick, computerfreie Formfindung, ein tiefes Naturverständnis, eine neue Betrachtung der Verwandtschaft von Schaden und Prävention sowie eine neue, gesprochene Bruchmechanik. Der Festigkeitsnachweis z.B. mit FEM bleibt unverzichtbar, aber die neuen Denkwerkzeuge ersetzen in vielen Fällen auch unsere Optimierungssoftware CAO und SKO.

 
Bauteiloptimierung für alle im Volke - einfacher, schneller, besser!!

...Schadensanalyse...Prävention...Failsafe Design...ohne Computer
 
Entwickeln Sie den "mechanischen Blick"!
 
 

 
 

 

Prof. Dr. Claus Mattheck
 
09.00 - 12.30      Form und Versagen in Natur und Technik
                           Bauteiloptimierung ohne Computer
                           Denkwerkzeuge nach der Natur:
                           Schubvierecke, Zugdreiecke, Kraftkegel
 
12.30 - 13.30      Mittagspause
 
Prof. Dr. Oliver Kraft
 
13.30 - 14.30       Failsafe Design und Rissarrest
 
14.30 - 15.00       Kaffeepause
 
Prof. Dr. Claus Mattheck
 
15.00 - 16.30      Anwendungsbeispiele aus Natur und Technik
                           Formverbesserung durch Deformation
                           Optimale Faserverläufe um Perforationen
                           Plastizität und Denkwerkzeuge
                           Re-Design nach Schadensfall
                           Dynamische Optimierung am Beispiel der Schleuder
 
16.30 - 17.00   :    Abschlussdiskussion

 

Jeder Teilnehmer erhält ein Exemplar des Buches „Warum alles kaputt geht - Form und Versagen in Natur und Technik", ein Exemplar des Buches "Denkwerkzeuge nach der Natur" und die "Mechanik der Schleuder " sowie Unterlagen zur Optimierung durch Deformation.

 

   

 

Datum

Ort

 

21.10.2014

Fortbildungszentrum des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)

 

9.00 - 17.00 Uhr

 

 

Information und Anmeldung: Seminarbüro Erika Koch

Fax: 0711-715-6410

Tel: 0711-715-7564

 
 

 

DIE STORY:


 
Denkwerkzeuge nach der Natur   

 

In den letzten zwei Jahrzehnten haben wir am Forschungszentrum Karlsruhe, heute KIT (Karlsruher Institut für Technologie), die biologischen Konstruktionen wie z.B. Bäume und Knochen untersucht, die in gnadloser Evolution reiften oder vergingen. Sie genügen weitgehend dem AXIOM KONSTANTER SPANNUNG, der Regel von der gerechten Lastverteilung, nach der sie ein Leben lang durch adaptives Wachstum streben.

Die Erbarmungslosigkeit dieser Auslese für sich allein ist schon Grund genug, an ihr mechanisches Optimum zu glauben.
Es wurden von uns Computermethoden geschaffen, die wie CAO (Computer Aided Optimization) das lastgesteuerte Wachstum der Bäume simulieren und lokale Spannungsspitzen wie z.B. Kerbspannungen abbauen, die wie SKO (Soft Kill Option) die Fresszellen im Knochen kopieren, Faulpelze im Bauteil beseitigen und somit Leichtbau bewirken  oder die wie CAIO (Computer Aided Internal Optimization) die Fasern in Faserverbunden wie im Holz der  Bäume entlang des Kraftflusses, also der Hauptzugspannungstrajektorien legen. 
In unserem Klassiker " Design in der Natur-der Baum als Lehrmeister", 4. Auflage 2006, Rombach Freiburg, wird ein langer Weg aus Naturbeobachtung und Computerempirie beschrieben.
Die Industrie nutzt diese Methoden, viele User-Lizenzen wurden vergeben und dennoch waren  bislang weder das Handwerk noch sehr kleine Unternehmen in großem Stil zu erreichen.
In  2003  wurde aus einem tieferen Verständnis der Natur der "Kerbspannung als überlagerte Biegespannungen" heraus eine Taschenrechnermethode  entwickelt,die optimale Kerbformen ohne Finite-Elemente-Methode fand, was bereits eine drastische Vereinfachung darstellte.
Mit dem Buch "Warum alles kaputt geht- Form und Versagen in Natur und Technik" wurde erstmals eine gesprochene, weitgehend formelfreie Schadenskunde vorgestellt.
Der eigentliche und spektakuläre Durchbruch in Richtung Einfachheit war jedoch in 2004 die Entwicklung der "Zugdreiecksmethode" zur Kerbformoptimierung.
Ein einfaches Geodreieck ist nunmehr genug, um Bauteile nach dem Vorbild der Natur zu optimieren. Dies kann in Richtung Dauerfestigkeit gehen, aber auch in Richtung Leichtbau. Die hochbelastete Kerbe als Bruchstelle ist das Gegenteil der Faulpelzecke, die nichts trägt und den Leichtbau sabotiert. Kerbe und Faulpelzecke stehen gleichsam zueinander wie Christ und Antichrist.
Da mit der " Methode der Zugdreiecke" immer dieselbe optimale Kerbkontur sich ergibt,  die nur gestaltähnlich vergrößert oder verkleinert werden muß, kann man in noch eher  unbekannten Grenzen von einer "Universalkerbkontur" reden.
Man findet Sie am Stammfuß der Bäume, in Baumgabeln, Knochen, Eisbergen, Erdpyramiden, Blattausbuchtungen und in der Windschur der Bäume, also in Teilen der Aerodynamik.
Sie wird  bereits in CAD-Systemen  von Anwendern genutzt: Folge ist Optimierung per Mausklick!!
Schlüsselchen zu all diesen Vereinfachungen ist die Erkenntnis des 45-Grad-Winkels als heimlicher "Naturkonstante" , womit  Schub in Zug oder Druck unter erträglichen Bedingungen umgewandelt wird.
Das  Buch " Verborgene Gestaltgesetze der Natur - Optimalformen ohne Computer" zeigt den 45-Grad-Winkel in vielen Strukturen und unser Denkwerkzeug: Die Methode der Zugdreiecke!" .
Ohne Schubspannung keine Kerbspannung und ohne Schubkiller keine Optimalform!!
Der 45-Grad-Winkel regiert  auch das erste Zugdreieck für jeden Laien erkennbar und ist der einfache Schlüssel zum biomechanischen Optimum und- im Maschinenbau zu weniger Unfällen und mehr Nachhaltigkeit.
Der 45- Grad- Winkel und die damit verbundene Methode der Schubvierecke ist auch der Zugang zu unserem neuesten Denkwerkzeug, der "Methode der Kraftkegel", die es nur mit einem Geodreieck ermöglicht, computerfrei einfache Topologien zu finden und damit Leichtbau zu realisieren.
Die Bücher "Warum alles kaputt geht" und das neueste Buch " Denkwerkzeuge nach der Natur" sind der Grundstein für eine gesprochene, weitgehend formelfreie VOLKSMECHANIK ZUR SCHADENSKUNDE UND SCHADENSPRÄVENTION,  deren Methoden der Professor zu seinem Vorteil ebenso anwendet wie der Lehrling.
SCHUBVIERECKE, ZUGDREIECKE UND KRAFTKEGEL - DENKWERKZEUGE FÜR ALLE IM VOLKE! Neuere Erkenntnisse zeigen, dass Bauteile durch mechanische Deformation eine für die ursächliche Belastung vorteilhafte Form annehmen - Optimierung durch Deformation!
Letztlich wurde die AUFRECHTE HALTUNG als weitere Designregel in Teilbereichen der Natur untersucht. Sie findet sich beispielsweise im Geotropismus der Pflanzen und der "Contenance" des Menschen. Das Buch "Bewegungsspuren- eine mechanische Deutung der Körpersprache" erklärt Erscheinungsformen von nicht krankhaft veränderten  Körperhaltungen, Gestik und Mimik. Die Körpersprache spricht gewollt oder ungewollt jeder, dennoch lehren sie nur wenige.
  
Literatur: www.mattheck.de  

Prof. Dr. habil. Claus Mattheck
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Angewandte Materialien
Werkstoff- und Biomechanik (IAM-WBM)
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen