The center-hand bone system of vertebrates is a model for a load-adaptive artificial wing for surfboard fins with intelligent mechanics. The performance characteristics are improved, the geometry in a future design can be more compact, geometry reduction, elasticity and compactness lead to an extremely robust, regenerative and thus resilient wing system.
Inhaltsverzeichnis
1. Introduction
2. Surfboardfins
3. Hands
4. Bionics
5. Emerging Superformance
6. Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die Anwendung bionischer Prinzipien – insbesondere der Kinematik des Wirbeltier-Mittelhandknochens – auf die Gestaltung von Surfboardfinnen, um durch eine intelligente, adaptiv-flexible Mechanik die Leistungsfähigkeit zu steigern und gleichzeitig durch Downsizing-Ansätze eine kompaktere und robustere Konstruktion zu ermöglichen.
- Übertragung biologischer Kinematik auf technische Tragflächen
- Analyse der Interaktion zwischen Fluidmechanik und flexiblen Strukturen
- Untersuchung von Downsizing-Potenzialen durch affine Skalierung
- Validierung mittels Finite-Elemente-Methode (FEM)
- Konstruktive Optimierung von Strömungsprofilen für Surfboardfinnen
Auszug aus dem Buch
Bionics
Der oben verwendete Terminus der Karpometakarpalgelenke als „verzahnte Scharniergelenke“ weist auf eine prinzipielle biologische Gestaltlösung hin und bildet die Grundlage einer Transformation der Kinematik der biologischen Vertebratenmittelhand (Karpus) in ein artifizielles, technisches Bewegungssystem (CARPO). Die intelligente Kinematik (i-mech) der Wirbeltierskelette, insbesondere das Mittelhandknochensystem sind bislang nicht hinreichend erklärt und das belastungsadaptive Beaufschlagungs-Bewegungsgebaren räumlicher Komplexgetriebe aus diskreten Gelenken und strukturelastischen Elementen bleibt bis heute wenig erforscht.
Versuchen wir also an dieser Stelle eine erste Schematisierung des Komplexgetriebes der Wirbeltier-Mittelhand. Als Grundlage einer schematischen Analyse der Wirbeltierextremität dient die schematische Darstellung der Hand eines Schweinsnach H.G. Seeley. Die Schematisierung der Meeressäuger zeigt (in Abb.2.) die funktionalen Elementegruppen. Beim biologischen Stammt steuert die Gelenkigkeit des räumlichen Getriebes aus der Elastizität in den Lagerungen. Gleichsam bilden mehrere Segmente elastische Cluster, deren Elemente ihrerseits mit beweglichen Kantengelenken koppeln. Von dieser kinematischen Idee elastischer Gelenke wollen wir uns für die Dauer einer ersten Gestaltänderungssimulation trennen. Ziel ist hier, die Funktionsursachen und kinematischen Eigenschaften artifizieller Kinematiken (die in der Art dreidimensionaler Getriebe arbeiten) zu verstehen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Introduction: Einführung in die Thematik der bionischen Optimierung von Strömungsbauteilen durch Nutzung adaptiver biologischer Vorbilder.
2. Surfboardfins: Vorstellung der historischen Entwicklung von Surfboardfinnen und Definition des angestrebten "Superformance"-Konzepts.
3. Hands: Biologische Analyse des Mittelhandknochensystems als Vorbild für belastungsadaptive und flexible Strukturen.
4. Bionics: Mathematische und kinematische Schematisierung biologischer Gelenkstrukturen zur Übertragung in technische Modelle.
5. Emerging Superformance: Anwendung der Erkenntnisse auf reale Testmodelle und Validierung mittels numerischer FEM-Simulationen.
6. Fazit: Zusammenfassende Bewertung der bionischen Methodik hinsichtlich ihrer Eignung zur Leistungssteigerung bei gleichzeitigem Downsizing.
Schlüsselwörter
Bionik, Surfboardfinnen, Mittelhandknochen, Kinematik, adaptive Mechanik, Downsizing, Strömungslehre, Finite-Elemente-Methode, Tragflügel, Superformance, biologische Evolution, Gelenkgetriebe, Strukturmechanik, Skalierung, Resilienz.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der bionischen Optimierung von Surfboardfinnen durch das Studium biologischer Vorbilder, speziell der Handanatomie von Wirbeltieren.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Zentrale Themen sind die adaptive Kinematik, die biomechanische Struktur von Wirbeltiergliedmaßen und deren technische Umsetzung in strömungsmechanisch optimierten Tragflächen.
Was ist das primäre Ziel der Forschung?
Das Ziel ist die Entwicklung eines "Superformance"-Konzepts, das durch intelligente Nachahmung biologischer Gelenksysteme die Leistung von Finnen steigert und gleichzeitig deren physische Größe reduziert.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Forschungsarbeit kombiniert biologische Phänomenologie mit technischer Schematisierung und validiert die Entwürfe mittels numerischer Strömungssimulation und Finite-Elemente-Analysen (FEM).
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil liegt der Fokus auf der Herleitung der biologischen Kinematik, der Modellierung von Ersatzkörpern unter Last und der Analyse von Verformungseigenschaften verschiedener Profilgeometrien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Zu den prägenden Begriffen zählen Bionik, adaptive Mechanik, Downsizing, Kinematik, Mittelhandknochen und Strömungsoptimierung.
Warum ist der Vergleich mit der Hand eines Schweins für das Modell wichtig?
Die Hand eines Schweins dient in dieser Untersuchung als grundlegendes, schematisches Modell, um die Komplexgetriebe biologischer Extremitäten zu abstrahieren und in technische Gelenksysteme zu transformieren.
Was bedeutet in diesem Zusammenhang "Downsizing"?
Downsizing bezeichnet hier die Reduktion geometrischer Parameter bei gleichzeitiger Optimierung der funktionalen Leistung, ermöglicht durch eine adaptiv-flexible Struktur, die ihre Form unter Last an die Strömung anpasst.
Warum werden FEM-Simulationen eingesetzt?
Die Finite-Elemente-Methode dient dazu, das komplexe, statisch unbestimmte Verhalten der entworfenen flexiblen Strukturen unter homogener Last mathematisch exakt zu analysieren und so die aerodynamische bzw. hydrodynamische Antwort vorherzusagen.
- Quote paper
- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Author), 2017, Superformance of Surfboard Fins, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/351786
