В предыдущей работе [1, 2] было показано, что компоненты принимают более благоприятную форму для причинной нагрузки вследствие деформации. Возможности и пределы этого варианта оптимизации компонентов обобщены в [3, 4].
Здесь мы делаем правдоподобным, что даже чрезмерные деформации в мысленном эксперименте приводят к конструкциям, которые избегают изгибающих напряжений и в конечном итоге приводят к чистым растягивающим и сжимающим нагрузкам, когда деформированный компонент изготовлен и, следовательно, подвергается нагрузкам. Поскольку напряжения надреза в конечном итоге являются изгибающими напряжениями от деформации контура надреза, они также уменьшаются даже при умеренной деформации растяжения. С этой точки зрения то, что обычно называют «отказом», - это скорее «потеря функции», а отказ в конечном итоге является оптимизацией.
Картинная галерея
Картинная галерея с 5 картинками
Почему кости полые
В случае нагружения давлением, расширение несущего поперечного сечения, наконец, присутствует как дробящее действие, которое снимает сжимающие напряжения. В случае растягивающих нагрузок практически любая форма внутренней выемки превращается в продольную прорезь в направлении растяжения, которая больше не имеет напряжения выемки.
Интересным частным случаем является нормальная сила на поверхности упругого или пластикового тела. Когда начинается деформация, конус натяжения нормальной силы находится в воздухе, и только при расширенном «глубоком вытягивании» конус натяжения заполняется материалом.
Чрезмерная деформация создает формы компонентов, которые изготавливаются в этой новой форме, избегают изгибающих напряжений, имеют тенденцию выдерживать растяжение и давление и, таким образом, лучше использовать напряженные сечения, потому что нейтральное волокно изгиба является пустой тратой материала, и по этой причине кости являются полыми.
Более подробную информацию о безкомпьютерной оптимизации компонентов на основе природы можно найти в [3, 4, 5].
Литература:
[1] Хейвуд, РБ (1969) Фотоупругость для дизайнеров, Pergamon Press Ltd., Оксфорд
[2] C. Mattheck, (2018) Оптимизация через неудачу, Строительная практика 9, 20
[3] C. Mattheck, (2017) Язык тела компонентов - энциклопедия поиска форм по природе, Технологический институт Карлсруэ
[4] C. Mattheck, (2018) Паули объясняет форму в природе, Карлсруэский технологический институт
[5] Почему все ломается, семинар 22 октября 2019 года в учебном центре технологий и окружающей среды Технологического института Карлсруэ
Подробнее об инструментах естественного мышления:
Оптимизация формы
Силовой конус в биологическом заземляющем якоре
Подсказка к книге
Паули медведь вернулся - профессор доктор Мэттек публикует новую книгу
Описательная механика
Более стабильный редизайн из-за отказа компонентов
Описательная механика
Пластиковые зоны обтекания - камуфляжная шапочка смутьянов
Оптимизация потока и прочности
То, что галька Баха уже знала
расчет
Динамика рогаток
* C. Mattheck, K. Bethge, KIT Karlsruhe Технологический институт, Институт прикладных материалов, 76021 Karlsruhe