Strukturoptimierung

Peter Allinger und Nick Stockelkamp optimieren bei der Dassault
Systèmes in Karlsruhe Formen, Strukturen und Strömungen im
Bereich des Maschinenbaus.


Anwendungsbeispiele reichen vom Zahnimplantat bis zum
Schiffsdiesel und typische Optimierungskriterien sind Gewicht,
Fertigungskosten und Haltbarkeit. Dabei hat sich der Fokus von
einfachen Fragestellungen wie der Durchbiegung hin zu komplexen
Fragestellungen wie der Geräuschentwicklung.


In der Fluid-Optimierung geht es unter anderem um die Reduzierung
von Druckverlusten, der Vermeidung von Turbulenzen oder auch
Verbesserung von Wärmetauschern, beispielweise unterstützt durch
den Löser OpenFOAM. Dabei gibt es unterschiedliche
Vorhegensweisen: Man kann entweder die Veränderung der Objekte
durch Hinzufügen oder Abziehen von Material hervorrufen, oder man
berechnet die Sensitivität der Zielgröße bezüglich Veränderungen
an den Oberflächen.


Der mögliche Design-Raum wird in vielen Anwendungen mit der
Finite-Elemente-Methode diskretisiert, um zu einem lösbaren
Problem zu gelangen, wobei Strömungen oft mit
Finite-Volument-Verfahren gelöst werden.


Die zentrale Frage ist jedoch, wann man ein Bauteil als optimal
bezeichnen kann. Hier hat Prof. Eckart Schnack in den 70er Jahren
den Ansatz beschrieben, dass eine gleichmäßige
Spannungsverteilung eines beanspruchten Bauteils ein optimales
Bauteil auszeichnen kann. Im Fall von strukturmechanischen
Belastungen gibt es für diesen Optimalitätsbegriff iterative
Löser, jedoch sind Fragestellungen im Umfeld von
Eigenwertprobleme noch ein offenes Forschungsgebiet.
Literatur und Zusatzinformationen

Schnack, E. "Ein Iterationsverfahren zur Optimierung von
Spannungskonzentrationen." Inaugural Dissertation, Kaiserslautern
University (1977).