Eingedenk der Komplexität der Lebewesen ist es für einen Ingenieur mitunter bemerkenswert biologischen Gestaltungslösungen zu begegnen, die sich im Laufe der Evolution zu Konstruktionen entwickelt haben und weitestgehend selbstständig und mit geringstem kognitivem und strukturellem Aufwand komplizierte Aufgaben erfüllen. Für dieses Phänomen wurde der Begriff der „intelligenten Mechanik“ geprägt.
Inhaltsverzeichnis
- Zur Fluid-Struktur-Wechselwirkung biologischer Finnen
- Die belebte Natur
- Die Biosystemanalyse
- Strahlenflosser
- Das Zusammenspiel und Wechselwirken von in einer Strömung transportierten Wirbeln mit einer Flossenmembran
- Die Fluid-Struktur-Wechselwirkung beim Impulsaustausch mit dem Fluid über die Membrantragfläche der Fischflosse
- Anders als in der Technik
- Aus der Sichtweise der Bionik
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Arbeit befasst sich mit der Fluid-Struktur-Wechselwirkung biologischer Finnen und ihrer Bedeutung für die Fortbewegung von Fischen. Ziel ist es, die Prinzipien der „intelligenten Mechanik“ in der Natur zu entschlüsseln und auf technische Systeme zu übertragen.
- Analyse der Fluid-Struktur-Wechselwirkung von Fischflossen
- Untersuchung der „intelligenten Mechanik“ biologischer Flossensysteme
- Entwicklung von technischen Kinematiken für autoadaptive Profile
- Simulation der Fluid-Struktur-Interaktion
- Entwurf von Strömungsbauteilen mit intelligenter Mechanik
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Fluid-Struktur-Wechselwirkung biologischer Finnen ein und beleuchtet die Bedeutung der belebten Natur als Inspirationsquelle für technische Innovationen.
- Kapitel 2: Dieses Kapitel beschäftigt sich mit der Anatomie und Mechanik von Strahlenflossern, insbesondere mit den Flossenstrahlen und ihrer Bedeutung für die Fortbewegung.
- Kapitel 3: Dieses Kapitel analysiert das Zusammenspiel von Wirbeln und Flossenmembranen in der fluidischen Umgebung und die Prinzipien der Wirbelkontrolle bei Fischen.
- Kapitel 4: Dieses Kapitel befasst sich mit der Fluid-Struktur-Wechselwirkung an der Membrantragfläche der Fischflosse und den unterschiedlichen Arten der Energiekopplung.
- Kapitel 5: Dieses Kapitel vergleicht die Fluid-Struktur-Wechselwirkung in biologischen und technischen Systemen und beleuchtet die Komplexität und Adaptionsfähigkeit biologischer Tragflügelkonstruktionen.
- Kapitel 6: Dieses Kapitel beschreibt den Ansatz der Bionik, strömungsadaptive Tragflächenprofile nach dem Vorbild biologischer Systeme zu entwickeln.
Schlüsselwörter
Fluid-Struktur-Wechselwirkung, biologische Finnen, intelligente Mechanik, adaptive Profile, Strömungskontrolle, Bionik, Finite Element Methode (FEM), Computational Fluid Dynamics (CFD), Fluid Structure Interaction (FSI).
Häufig gestellte Fragen
Was versteht man unter "intelligenter Mechanik" bei biologischen Finnen?
Es beschreibt biologische Konstruktionen, die durch ihre Struktur komplizierte Aufgaben (wie Strömungsanpassung) weitgehend selbstständig und mit minimalem kognitivem Aufwand erfüllen.
Wie nutzen Fische Wirbel in der Strömung aus?
Fische nutzen das Wechselwirken von transportierten Wirbeln mit ihrer Flossenmembran zur effizienten Fortbewegung und präzisen Wirbelkontrolle.
Welche Rolle spielt die Bionik in dieser Forschungsarbeit?
Die Bionik dient als Brücke, um die Prinzipien autoadaptiver Profile aus der Natur auf technische Strömungsbauteile und Tragflächen zu übertragen.
Welche Simulationsmethoden werden in der Arbeit erwähnt?
Die Arbeit nutzt die Finite-Elemente-Methode (FEM) und Computational Fluid Dynamics (CFD), um die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) zu untersuchen.
Was unterscheidet biologische Tragflügel von herkömmlicher Technik?
Biologische Systeme sind hochgradig adaptiv und reagieren passiv oder aktiv auf wechselnde Strömungsbedingungen, während technische Profile oft starr sind.
Was sind Strahlenflosser?
Strahlenflosser sind eine Gruppe von Fischen, deren Flossen durch knöcherne oder hornige Strahlen gestützt werden, was eine hohe mechanische Flexibilität ermöglicht.
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- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Author), 2015, Zur Fluid-Struktur-Wechselwirkung biologischer Finnen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/302479
