Weiterentwicklung und Einsatz eines Verfahrens zur Topologieoptimierung zur Effizienzsteigerung in der Konzeptphase

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Frisch, Michael ; Deese, Kevin ; Dörnhöfer, Andreas ; Rieg, Frank:
Weiterentwicklung und Einsatz eines Verfahrens zur Topologieoptimierung zur Effizienzsteigerung in der Konzeptphase.
In: The International Association for the Engineering Modelling, Analysis and Simulation Community (NAFEMS) (ed.): Berechnung und Simulation : Anwendungen - Entwicklungen - Trends. - Bamberg , 2016 . - pp. 82-85
ISBN 978-1-910643-03-7

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Die Entwicklung von numerischen Verfahren zur Topologieoptimierung ist in den letzten zwei Jahrzehnten stetig vorangeschritten. Basierend auf der Finite-Elemente-Analyse (FEA) haben Forscher versucht, die mathematischen Zusammenhänge mit ingenieurwissenschaftlichen Problemstellungen zu koppeln, um somit das beste Ergebnis für die anwendungsbezogene Topologieoptimierung zu erhalten. Einen entscheidenden Einfluss auf das Optimierungsergebnis besitzt die Definition der Zielfunktion. Sie bestimmt, welche Funktionsparameter optimiert werden müssen und welches Ergebnis der Produktentwickler erhält. Normalerweise wird für eine Topologieoptimierung eine Zielfunktion (z. B. Minimierung der Nachgiebigkeit, Minimierung des Volumens oder Minimierung der Spannung) berechnet. Durch die Kombinationen mehrerer Zielfunktionen kann jedoch eine höhere Effizienz in der Konzeptphase des Produktentwicklungsprozesses erreicht werden.
In diesem Beitrag soll eine Weiterentwicklung eines Algorithmus zur Topologieoptimierung gezeigt werden, die das Optimalitätskriterien-Verfahren mit dem bionischen Ansatz der Soft-Kill-Option zu einem Hybridalgorithmus verknüpft. Der Vorteil gegenüber den bestehenden Methoden ist dabei die Simulation eines Designvorschlags, der sowohl eine steife Grundstruktur besitzt, als auch eine Spannungsoptimierung liefert. Es werden also zwei Zielfunktionen kombiniert, die somit einen Designvorschlag simulieren, der eine möglichst steife und gleichzeitig spannungsreduzierte Struktur liefert.