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Promotionsthema

Hybride Bauweisen bieten ein hohes Potenzial an Gewichtseinsparung bei nur moderaten Kostensteigerungen. Um dieses Potential effizient zu nutzen, ist jedoch ein gezielter Einsatz der Materialien notwendig. Neben der methodischen Unterstützung eignen sich hierzu auch Optimierungswerkzeuge, insbesondere die Topologieoptimierung.

Im Rahmen der Forschungsarbeit wird ein Multi-Material-Topologieoptimierungsansatz weiterentwickelt, um den spezifischen Herausforderungen bei der Auslegung von Hybridbauteilen gerecht zu werden. Die Topologieoptimierung benötigt nur wenige Informationen zur Generierung eines Bauteilentwurfes. Neben der geometrischen Beschreibung des Bauraums werden lediglich die angreifenden Lasten und Informationen über die Lagerung des Bauteils benötigt. Das Optimierungsziel, die Reduktion der Bauteilmasse, wird durch eine iteratives entfernen, umwandeln und anlagern der Materialien innerhalb des Bauraums erreicht. Die Evaluation des aktuellen Bauteilentwurfs erfolgt dabei anhand von Spannungs- und Verschiebungsnebenbedingungen.

Aufbauend auf den vorhandenen Ansatz wurden zur Verbesserung der Ergebnisqualität Hybridbauteil-spezifische Restriktionen implementiert, welche eine Fertigbarkeit der Entwürfe gewährleisten sollen. Auch die Abbildung und Auslegung der Fügestellen zwischen den verschiedenen Materialien innerhalb des zur Optimierung genutzten FE-Modells gehört zu der Erweiterung des Ansatzes. Durch ein implementiertes Kostenmodell können zusätzlich Fertigungskosten basierend auf geometrischen Eigenschaften des Bauteils abgeschätzt und als weiteres Optimierungsziel genutzt werden.

Falkenberg, Paul; Türck, Eiko; Vietor, Thomas (2020)  "Evaluations on the Feasibility of Multi-Material Topology Optimization for Practical Applications".  Guo, Xu and Huang, Hai, Advances in Structural and Multidisciplinary Optimization, Dalian University of Technology Electronic & Audio-visual Press
[ISBN] 978-7-89437-208-6

Bartz, Ronald; Fiebig, Sierk; Franke, Thilo; Falkenberg, Paul; Axmann, Joachim (2018)  "Enhanced Firefly Algorithm with Implicit Movement".  Schumacher, Axel and Vietor, Thomas and Fiebig, Sierk and Bletzinger, Kai-Uwe and Maute, Kurt, Advances in Structural and Multidisciplinary Optimization, 700–709, Cham, Springer International Publishing
[ISBN] 978-3-319-67988-4

Falkenberg, Paul; Türck, Eiko; Vietor, Thomas (2018)  "Cost and Weight Optimization of Hybrid Parts Using a Multi-material Topology Optimization Approach".  Schumacher, Axel and Vietor, Thomas and Fiebig, Sierk and Bletzinger, Kai-Uwe and Maute, Kurt, Advances in Structural and Multidisciplinary Optimization, 1418–1424, Cham, Springer International Publishing
[ISBN] 978-3-319-67988-4

Ghaffari Mejlej, Vahid; Falkenberg, Paul; Türck, Eiko; Vietor, Thomas (2018)  "Multidisciplinary Structural Optimization Using of NSGA-II and ɛ-Constraint Method in Lightweight Application".  Schumacher, Axel and Vietor, Thomas and Fiebig, Sierk and Bletzinger, Kai-Uwe and Maute, Kurt, Advances in Structural and Multidisciplinary Optimization, 573–589, Cham, Springer International Publishing
[ISBN] 978-3-319-67988-4

Falkenberg, Paul; Vietor, Thomas (2016)  "An extended cost estimation model for a multi-material topology optimization approach".  PAMM, 16 (1), 685–686
[DOI] 10.1002/pamm.201610331

Falkenberg, Paul; Franke, Thilo; Fiebig, Sierk; Vietor, Thomas (2015)  "Consideration of adhesive joints for a multi-material topology optimization approach".  20th International Conference on Composite Materials, Copenhagen,