Mechanik begreifen - Konstruieren nach der Natur

Formoptimierung Mechanik begreifen - Konstruieren nach der Natur

10.12.2019Autor / Redakteur: C. Mattheck, K. Bethge, I. Tesari / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler |

Mit den Denkwerkzeugen der Natur haben Prof. Dr. Claus Mattheck und seine Kollegen vom KIT eine Sammlung von Modellen erstellt, mit denen man formelfrei zum belastbaren Bauteil kommt. Hier stellen sie Lehrmaterialien vor, die sich jeder selbst basteln kann.

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Wer von den Konstruktionen der Natur lernt, lernt von den Besten – hier stellt Prof. Dr. Mattheck Lehrmaterialien vor, die aus der Volksmechanik geboren wurden.
(Bild: C. Mattheck)

Um Mechanik zu verstehen, bedarf es keiner Formelmonster, weil die quantitative Beschreibung zumeist erst für die Dimensionierung und den Sicherheitsnachweis erforderlich ist. Hier stellen Prof. Dr. Claus Mattheck und seine Kollegen vom KIT eine Sammlung von Lehrmaterialien vor, die aus ihrer Volksmechanik geboren wurden und die sich jeder selbst basteln kann.

Die Modelle im Überblick:

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Abb. 1: Spannungen kann man fühlen, Verschiebungen kann man sehen. Aus der Verformung der Kreislöcher einer Moosgummiplatte schließen wir auf die Spannungen. Gezogene Kreislöcher werden lang, gedrückte Kreislöcher werden flach, das Loch in der Mitte wird durch Schub schräg gestellt. Mit dem Hebelarm nehmen die Biegespannungen nach unten zu.

Abb. 2: Falten in der Alufolie geben die Richtung der Zugspannungen an.

Abb. 3: Auch Querspannungen, die sich aus dem Vektorparallelogramm ergeben, können insbesondere Faserverbunde spalten, wie dieser „Unglücksbalken“ zeigt. Eingebrachte Querfasern können dies verhindern.

Abb:4: Das Schubviereck zeigt die Gleichheit von Längs- und Querschub und dass diese sich rechtwinklig kreuzendem Zug und Druck gleichwertig sind (Idee: zwei Seminarteilnehmer).

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Auch komplexe mechanische Vorgänge lassen sich mit anschaulichen Modellen leichter erfassen. Die Denkwerkzeuge und Modelle fügen sich zu einer Volksmechanik zusammen, die dem Formelängstlichen ein einladendes Tor zum Garten des mechanischen Verständnisses öffnet, die aber auch die Formeln des theoretischen Mechanikers beleben und leichter fassbar machen kann. Beide müssen es nur wollen…

Mehr über die mathematikfreien Denkwerkzeuge der Natur:

Die verhasste Biegespannung - Optimierung durch exzessive Verformung (KIT)

Neues aus der Natur: Am Beispiel der Baumwurzel zeigen Prof. Dr. Claus Mattheck und Klaus Bethge vom KIT, wie man Zugkräfte in einen zugempfindlichen Werkstoff einleiten kann. (KIT)

Abb. 2: Windhebelreduktion und Vergrößerung der Wurzelstützfläche durch Windwurf und Anpassung eines Automobiles an Druckbelastung durch Querschnittsverbreiterung und Reduzierung der Knicklängen. (C. Mattheck)

Bachkiesel sind die Klügsten nicht, lässt man ihnen aber Zeit, nehmen sie vorteilhafte Formen an, die die Strömung weniger aufhalten. (Bild: © joningall1 - Fotolia)

Am Beispiel der Pauli-Schleuder wird die Kreisdeformationsmethode vorgestellt, die bei der dynamischen Optimierung von elastischen oder gar relaxierenden Bändern gute Dienste leistet. (Bild: KIT)

Literatur:

[1] C. Mattheck, (2017) Die Körpersprache der Bauteile - Enzyklopädie der Formfindung nach der Natur, Karlsruher Institut für Technologie

[2] Warum alles kaputt geht, Seminar am 27.10.2020 im Fortbildungszentrum für Technik und Umwelt des Karlsruher Institut für Technologie und Lehrvideos auf www.mattheck.de

Die Autoren danken Herrn Gerhard Thun für den Bau der Modelle.

* C. Mattheck, K. Bethge, I. Tesari, KIT Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Materialien, D- 76021 Karlsruhe

(ID:46274153)

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