Graphen- und heuristikbasierte Topologieoptimierung von Profilstrukturen aus Faser-Kunststoff-Verbunden in Crashanwendungen

Von:

Dominik Schneider

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Faserkunststoffverbunde bieten eine hohe spezifische Steifigkeit und je nach Belastung eine hohe spezifische Energieabsorption, was diese Materialien in Crashanwendungen zu interessanten Materialien macht, wenn niedrige Massen angestrebt werden. Durch das anisotrope Materialverhalten und mehrlagige Aufbauten mit verschiedenen Materialorientierungen, können die Strukturen individuell und belastungsgerecht ausgelegt werden. Optimierungsmethoden können in vielen Bereichen eingesetzt werden, um konstruktive Prozesse zu unterstützen und die geeignetsten Topologien, Formen und Lagenaufbauten zu finden. Die Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung wurde für die Optimierung der Topologie und Form von crashbelasteten Aluminiumstrangpressprofilen entwickelt. Diese Arbeit beschreibt die notwendigen Erweiterungen, um auch Faserverbundprofile optimieren zu können. Hierbei werden Mehrkammerprofilstrukturen behandelt, die aus einzelnen gewickelten und miteinander verklebten Profilen aufgebaut sind. Die Topologie des Profilquerschnitts und die Lagenaufbauten werden mit Heuristiken optimiert, die die Ergebnisse einer Crashsimulation auswerten und darauf aufbauend strukturelle Verbesserungen vorschlagen. Neben der Vorstellung der Geometriebeschreibung, der Erzeugung der Simulationsmodelle, der Heuristiken und des Optimierungsablaufs werden mehrere Anwendungsbeispiele vorgestellt, in denen verschiedene crashrelevante Strukturantworten unter Einhaltung verschiedener Restriktionen und Fertigungsrandbedingungen optimiert werden. Als Optimierungsziele werden Massen, Intrusionen und Maximalkräfte minimiert. Durch den Einsatz der Methodik können Faserverbundprofilstrukturen in Crashanwendungen ausgelegt werden und dadurch ein Beitrag geleistet werden, deren Einsatz zu erleichtern.