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Formoptimierung von Bauteilen

Die Form bzw. Gestalt von Gebrauchsgegenständen ist oft ein Kompromiss aus Ästhetik und mechanischen Anforderungen. Ästhetik und Mechanik müssen aber nicht zwingend konkurrieren, was viele Strukturen in der Natur beweisen. Diese Formen entwickeln sich basierend auf den vorliegenden Kräften.

 

Formen in der Natur

Sehr ergiebig ist die Untersuchung der Form von Knochen und Bäumen. Ein Knochen oder Baum wächst so, dass der Spannungsverlauf gleichmäßig ist. Aus den Formen ist im Übrigen auch die Historie abzulesen. Beispielsweise kann man auf die Windlasten schließen, denen ein Baum ausgesetzt war. Auch Kerbspannungen, die nach einer Verletzung vorliegen, werden reduziert durch das Streben nach konstanter Spannung an der Oberfläche.

 

 

Flexible Geometriebeschreibung

Die Form des Bauteils wird mit flexiblen Splines beschrieben, die mit den Entwurfsvariablen gesteuert werden. Mit Splines kann man Linien und Flächen beschreiben.

DLR Köln


Anwendungsbeispiel:
Formoptimierung einer Zugprobe
aus sprödem Material


Durch die Optimierung der Form des Übergangsbereichs soll die Wahrscheinlichkeit eines Versagens in diesem Bereich minimiert werden. Deterministisch betrachtet müssten wegen Kerbspannungen alle Proben im Übergangsbereich versagen. Nur mit lokalen Fehlern ist ein gewünschtes Versagen im Messbereich möglich.
Im Analysemodell werden also mögliche Poren im Material berücksichtigt. Die optimale Form ist abhängig von der Porenhäufigkeit.