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Automatische Bauteiloptimierung

 

So vielschichtig die Optimierungsprobleme sind, so vielschichtig sind auch die verwendeten Softwareprogramme. Für die Auswahl eines Programms sind eigene Tests, aber auch das Einholen von Wissen anderer Anwender/-innen, die die spezielle Software bereits erfolgreich eingesetzt haben, notwendig. In User-Gruppen werden idealerweise Tipps und Tricks bezüglich des Umgangs mit der Software ausgetauscht.

 

Optimierungsschleife

Optimierungsschleife

Von „Hand“ werden Bauteile entwickelt, in dem man die berechneten Eigenschaften auswertet und basierend darauf den Entwurf verändert. Da in der Regel mehrere Iterationen benötigt werden, ist dies sehr zeitaufwändig.

Die automatische Bauteiloptimierung integriert die Simulationssequenz in eine Optimierungsschleife. Der ausgewählte Optimierungsalgorithmus verändert die definierten Entwurfsvariablen und ermittelt den optimalen Entwurf.

Mit Hilfe einer Spezifikationsliste werden Ziel- und Restriktionsfunktionen sowie Entwurfsvariablen möglichst vollständig definiert.

 

Wichtig: Berücksichtigung von Streuungen der Einflussgrößen

Oft finden Optimierungsalgorithmen Lösungen, die von „Hand“ nicht gefunden werden können. Es kann aber sein, dass die gefundenen Lösungen überhaupt nicht robust sind. Kleinste Änderungen der Einflussgrößen verschlechtern dann die Eigenschaften fundamental. Deshalb werden die Streuungen der Einflussgrößen (Materialkennwerte, Lastfälle, Wanddicken usw. ) direkt in der Optimierung berücksichtigt. Somit erhält man robuste Ergebnisse.


Anwendungsbeispiel: Optimierung des Außenflügels eines Verkehrsflugzeugs

Während eines langen Fluges verändert sich durch den Kraftstoffverbrauch das Gewicht, so dass sich die Verformung des Flügels verändert und nicht mehr optimal ist. Mit Hilfe des Einsatzes von Kohlefasern soll die Änderung der Flügelverdrehung minimiert werden, so dass der Flügel immer aerodynamisch optimal angeströmt wird. Entwurfsvariablen sind die Dicken und Winkel von Kohlefaserschichten in 8 Bereichen. Dabei soll sich das Gewicht der Flügelstruktur nicht erhöhen.