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Optimierung

Optimierung

Die Optimierung des strukturmechanischen Verhaltens sowie die Reduzierung von Gewicht und Kosten sind bei der Neu- und Weiterentwicklung technischer Produkte von großer Bedeutung. Durch eine rechnerische Optimierung können diese Ziele bereits in der Entwurfsphase erreicht werden.

Details zu folgenden Punkte finden Sie hier:

Topologieoptimierung

Im klassischen Entwicklungsablauf beginnen die Simulationen (FEM) erst nach der Erstellung eines CAD-Entwurfs. Dadurch liegen die ersten Erkenntnisse der Simulation häufig erst nach der Konzeptphase vor, so dass die Bauteilentwicklung nur noch zu einem kleinen Teil beeinflusst werden kann. An diesem Punkt setzt die Topologieoptimierung an. Sie liefert bereits in der Konzeptphase Erkenntnisse über die belastungsgerechte und gewichtsoptimale Bauteilgeometrie in dem zur Verfügung stehenden Bauraum.

Als Softwaretools setzt ihf ANSYS und OptiStruct ein. Dabei können Fertigungsrestriktionen, wie die Entformungsrichtung, berücksichtigt werden, wodurch auch die Optimierung von Guss- und Schmiedeteilen möglich wird. Die Optimierung kann sowohl für einzelne Lastfälle als auch für mehrere unabhängige Lasten erfolgen. Als Zielkriterium können Verformungen und Steifigkeiten sowie die Lage der Eigenfrequenzen definiert werden.

Typische Anwendungen:

  • Guss- und Schmiedeteile
  • Blechteile
  • Gewichtsreduktion

Topographieoptimierung

Die Topographieoptimierung dient zur Ermittlung von Verprägungsmustern (Sicken) bei dünnwandigen Bauteilen, zur Erhöhung der Steifigkeit und zur Verbesserung des Eigenschwingverhaltens. Das Ziel ist eine konzeptionelle Entwicklung von anforderungsgerechten Versickungen. Hierzu können Richtungs- und Formvorgaben an das Optimierungsergebnis gestellt werden.

Typische Anwendungen:

  • Blechteile
  • Steifigkeitserhöhung
  • Beulen
  • Eigenfrequenzerhöhung

Parameteroptimierung

Bei der Parameteroptimierung können Geometriegrößen, wie Radien, Bohrdurchmesser und Blechdicken, aber auch Materialparameter untersucht werden (siehe hierzu auch gesondert Materialvalidierung).

Praktisch können alle Aspekte einer Konstruktion, die sich als Parameter ausdrücken lassen, einer Optimierung unterzogen werden. Zweck ist es, bestimmte Größen einer Konstruktion so zu ändern, dass ein bestimmtes Zielkriterium optimal wird.

Typische Zielkriterien sind Spannungen, Verformungen und Gewicht.

Typische Anwendungen:

  • Spannungsreduktion
  • Shape-Optimierung

Materialvalidierung

Durch die immer genauer werdenden FE-Modelle steigt auch der Ausnutzungsgrad von Bauteilen kontinuierlich an. Bei der zusätzlichen Ausnutzung des plastischen Verformungsbereiches eines Bauteils, z.B. im Rahmen von Crashsimulationen, stellt sich hierbei oft die Frage nach dem Versagen von Werkstoffen.

Um hierfür eine erschöpfende Antwort zu liefern, ist zunächst ein großer Versuchsumfang sowie anschließend ein ebenso hoher Validierungsaufwand im FE-Modell notwendig, um die Charakteristik eines Werkstoffes für unterschiedliche Belastungsrichtungen sowie evtl. noch unter Berücksichtigung von Temperatur und Belastungsgeschwindigkeit zu ermitteln.

Durch die Zuhilfenahme gängiger Parameteroptimierungssoftware, wie z.B. LS-OPT oder HyperStudy, ist es möglich, die Fließgesetze sowie die Schädigungsannahmen stark beschleunigt zu erstellen und zu einem guten Teil zu automatisieren. Dabei können innerhalb gewisser Grenzen auch Parameter, wie z.B. die Richtungsabhängigkeit des Versagens eines gezogenen oder gewalzten Bauteils oder variierende Elementkantenlängen berücksichtigt werden.

Mit ihf erhalten Sie auf diese Weise innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeit optimale Ergebnisse für Ihre Simulationsanwendungen, basierend auf den durchgeführten Versuchen. Wenn es gewünscht ist, unterstützen wir Sie auch im Vorfeld bei der Versuchsplanung.

Typische Anwendungen:

  • Parameteroptimierung
  • Mehrachsigkeit
  • Schädigung
  • Materialversagen
  • GISSMO