Fakultät für Maschinenbau und Sicherheitstechnik

Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung von 3D-Crash-Strukturen von Personenkraftwagen

Motivation

Die Optimierung crashbelasteter Strukturen gestaltet sich aufgrund von nicht-linearen Werkstoffmodellen, Kontaktphänomenen und großen Verformungen deutlich schwieriger und ist mit einer Vielzahl von Iteration im Entwicklungsprozess verbunden. Die Methode der Graphen- und Heuristikbasierten Topologieoptimierung für Profile mit gleichbleibenden Querschnitten hat erfolgreich gezeigt, wie die automatisierte Generierung von Strukturen und Optimierung stattfinden kann und hat große Potenziale offengelegt.

Durch einen aktuellen Wandel der Fahrzeugkonzepte entstehen neue Anforderungen und Anwendungsfelder im Entwicklungsprozess. Um diesen neuen Herausforderungen entgegenzutreten sollen neue Methoden zur Auslegung crashbelasteter Strukturen entwickelt werden.

Forschungsziele

Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist die praktische Topologieoptimierung zur Layout-Findung von dreidimensionalen crashbelasteten Strukturen. Die Anwendung soll für unterschiedliche Lastfälle und Optimierungsziele entwickelt werden. Damit sollen Optimierungsziele, wie die Kontaktkraftminimierung oder die Minimierung der Strukturmasse bei gegeben Restriktionen möglich sein. Weiterhin sind in den Teilaspekten die Entwicklung neuer Heuristiken, eine Erweiterung der flexiblen Graphen-Syntax und die Integration in möglichst realitätsnahe Simulationsmodelle enthalten. Im Zuge dessen soll eine Berücksichtigung von non-Designräumen im Optimierungsverlauf integriert sein.

Zuwendungs- und Projektträger:

AiF-Forschungsvereinigung:

Projektbegleitender Ausschuss:

Altair Engineering GmbH, Böblingen

BENTELER Automobiltechnik GmbH, Paderborn

Divis Intelligent Solution GmbH, Dortmund

Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Weissach

:em engineering methods AG, Darmstadt

Ford-Werke GmbH, Köln

GNS mbH, Braunschweig

Kube GmbH Ingenieurbüro, Plochingen

LiA Engineering GmbH, Paderborn

Opel Automobile GmbH, Rüsselsheim

SCALE GmbH, Stuttgart

SIDACT GmbH, Sankt Augustin

Volkswagen AG, Wolfsburg

Volkswagen Osnabrück GmbH, Osnabrück

ZF Group, Alfdorf

[1] Beyer, F., Schneider, D. & Schumacher, A. Finding three-dimensional layouts for crashworthiness load cases using the graph and heuristic based topology optimization. Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization. 63, 59–73 (2021). https://doi.org/10.1007/s00158-020-02768-0

[2] Schumacher, A., Beyer, F. (2020): Untersuchung zu den Einsatzmöglichkeiten der Graphen- und Heuristikbasierten Topologieoptimierung zur Entwicklung von 3D-Rahmenstrukturen in Crashlastfällen, FAT-Schriftenreihe 329, ISSN 2192-7863

[3] Ortmann, C.; Schumacher, A. (2013): "Graph and heuristic based topology optimization of crash loaded structures", Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization (2013) 47:839–854 link.springer.com/article/10.1007/s00158-012-0872-7

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