Institut für Fahrzeugsystemtechnik - Institutsteil Leichtbautechnologie

Bauteiloptimierung

Ein Forschungsschwerpunkt im Bereich der Bauteiloptimierung ist die Entwicklung von Methoden zur Optimierung lokaler Verstärkungselemente (Patches/Tapes). Die hierbei entwickelten Methoden sind an den Anforderungen des Fertigungsprozesses ausgerichtet, daher spielt die Integration von Randbedingungen aus dem Fertigungsprozess eine wichtige Rolle. Neben der Maximierung der strukturmechanischen Leistungsfähigkeit wird auch eine Methode zur Minimierung des Verzuges in die Optimierungsstrategie integriert. Zur Lösung dieser Mehrzieloptimierungsproblematik werden evolutionsbasierte Optimierungsstrategien verwendet.

Ein Schwerpunkt der Anwendung der Bauteiloptimierung liegt auf der Verbesserung der strukturellen Leistungsfähigkeit von Bauteilen. Dabei wird beispielsweise mithilfe der Topologieoptimierung eine optimale Bauraumausnutzung unter dem bestmöglichsten Kompromiss aus Geweicht und Bauteilperformance angestrebt. Eingesetzt werden dazu unter anderem die kommerziellen Software Werkzeuge Tosca von Simulia und OptiStruct von Altair. Dabei spielt neben der Identifikation einer optimalen Topologie auch die Optimierung des Laminataufbaus eine wesentliche Rolle. Die im Zuge der Optimierung entstehenden Lösungen werden anschließend interpretiert und in einen Bauteilentwurf umgesetzt. Durch die enge Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ICT wird in den Bauteilentwurf ein hohes Maß an Prozessverständnis berücksichtigt, was eine hohe Qualität des Entwurfs in frühen Phasen sicherstellt.

Abb. 1: Optimierung eines Kupplungspedals
 

[1] Fengler, B.: Strategien zur Design-Optimierung von langfaser-verstärkten Bauteilen. 2. Technologietag Hybrider Leichtbau 2015

[2] Fengler, B.; Kärger, L.; Hrymak, A.; Henning, F.: Integration of a kinematic draping simulation in a multi objective structural tape optimization. Composite Science 2018, 2 (2), 22;
doi: 10.3390/jcs2020022 

[3] Fengler, B.; Schäferling, M.; Schäfer, B.; Bretz, L.; Lanza, G.; Häfner, B.; Hrymak, A.; Kärger, L.: Manufacturing uncertainties and resulting robustness of optimized patch positions on continuous-discontinuous fiber reinforced polymer structures. Composite Structures 2019, 213, 47–57. 
doi:10.1016/j.compstruct.2019.01.063

[4] Fengler, B.; Hrymak, A.; Kärger, L.: Multi-objective CoFRP patch optimization with consideration of manufacturing constraints and integrated warpage simulation. Composite Structures 2019, 221, Art. Nr.: 110861. 
doi:10.1016/j.compstruct.2019.04.033