Fakultät für Maschinenbau und Sicherheitstechnik

Die Erforschung und Durchführung regelbasierter Layout-Optimierung hochkomplexer Crashstrukturen erfolgt mit mehreren öffentlich und industriell geförderten Projekten. Im DFG-Projekt „Entwicklung eines optimierungsgerechten Werkstoffmodells für die automatisierte Topologie- und Formfindung von Crashstrukturen aus thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden“ wird zusammen mit dem Institut für Verbundwerkstoffe der Universität Kaiserslautern die Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung für den Einsatz bei Strukturen aus Faserverbundwerkstoffen erforscht. Viele im Rahmen eines geschlossenen Kooperationsvertrags mit der Volkswagen AG durchgeführte Forschungsprojekte unterstützen die Weiterentwicklung der GHT.

Die Grundidee des Verfahrens ist der Einsatz von Heuristiken, die konzertiert mit mathematischen Optimierungsverfahren optimale Layouts finden. Zu nennen ist beispielsweise die Heuristik „Abstützen schnell deformierter Wände“, die die Topologie der Struktur hinsichtlich des globalen Ausbeulen verbessert. Am Lehrstuhl sind hierzu in den letzten Jahren zahlreiche Heuristiken entwickelt und in den Optimierungsablauf integriert worden. Bild 1 zeigt den Standardablauf der ineinander verschachtelten Optimierungsschleifen der GHT.

Diese Art des Vorgehens in der Strukturoptimierung wird Anhand eines Anwendungsbeispiels (Bild 2) der kombinierten Form- und Topologieoptimierung eines Schwellers aus Aluminium verdeutlicht. Ziel ist demnach eine Reduzierung der maximalen Kraft an einem eindringenden Pfahl (Bild 2-a) unter Berücksichtigung ausgewählter Restriktionen (Eindringtiefe, die Masse und Fertigungsanforderungen). In Bild 2-d ist die große Verbesserung hin zu einem gleichmäßigen Kraftverlauf zu sehen, der in Fahrzeuganwendungen z.B. für geringere Insassenverletzungen angestrebt wird.

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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

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Beyer, F., Schneider, D., Schumacher, A. (2019): "Development of heuristics dealing with material failure of composite profile structures for the Graph and Heuristic based Topology Optimization", Proceeding of the World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization, May 20-24, 2019, Beijing, China

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Link, S., Schneider, D., Schumacher, A., Ortmann, C. (2018): "Integration of flange connections in the Graph and Heuristic Based Topology Optimization of crashworthiness structures" appears in the Proceedings of the 6th International Conference on Engineering Optimization (EngOpt2018), 17-19 September 2018, Lisboa, Portugal

Schneider, D., Link, S., Schumacher, A., Ortmann, C. (2018): "Graph and Heuristic Based Topology Optimization of Crashworthiness Composite Profile Structures Manufactured by Vacuum Infusion and Gluing", Proceeding of the 13th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XIII) and 2nd Pan American Congress on Computational Mechanics (PANACM II), July 22-27, 2018, New York City, NY, USA

Schneider, D.; Schumacher, A. (2018): “Finding best layouts for rips on surfaces for crash loads using the Graph and Heuristic Based Topology Optimization”, in: Schumacher, A., Vietor, T., Fiebig, S., Bletzinger, K.-U., Maute, K. (Hrsg.): Advances in Structural and Multidisciplinary Optimization, Proceedings of the 12th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO12), Springer Nature, 1615-1628, 2018

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Schumacher, A., Olschinka, C., Hoffmann, B. (2008): “Topology optimization based on graph theory of crash loaded flight passenger seats”, Proceeding of the 7th LS-DYNA Forum, Bamberg, 2008, ISBN 3-9809901-4-1 www.dynamore.de/de/download/papers/forum08/dokumente/F-III-02.pdf

Olschinka, C., Schumacher, A. (2008): „Graph based topology optimization of crashworthiness structures”, PAMM Proc. Applied Math. Mech., Volume 8 Issue 1, Pages 10029-10032, 2008 onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pamm.200810029/pdf

  • DFG-Projekt „Entwicklung eines optimierungsgerechten Werkstoffmodells für die automatisierte Topologie- und Formfindung von Crashstrukturen aus thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden“
  • Forschungsprojekt „Topologieoptimierung von Crashstrukturen mit der graphen- und heuristikbasierten Methode – Einsatz für verbundene Blechstrukturen“ zusammen mit der Volkswagen AG
  • Forschungsprojekt „Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung von 3D-Crash-Strukturen von Personenkraftwagen“ gefördert von der Forschungsvereinigung Automobiltechnik (FAT)

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