Optimierung

Nahezu alle Komponenten von technischen Strukturen können mit den Werkzeugen der Strukturoptimierung  effektiv verbessert werden. Die FEMopt Studios GmbH bietet ihren Kunden eine spezifische Bauteiloptimierung, bei der die Kundenanforderungen zielgerichtet berücksichtigt werden können.

Unsere Leistungen unterstützen unsere Kunden in vielfältiger Art und Weise:

  • Die Optimierungsergebnisse dienen unseren Kunden als Entscheidungshilfe für eine optimale Bauteilauslegung. Mit diesen Ergebnissen begleiten wir die Entwicklungsprozesse unserer Kunden von der frühen Entwurfsphase bis zum entgültigen Produkt.
  • Durch die Berücksichtigung der Optimierungsergebnisse im Entwurfsprozess werden die Potentiale der Bauteile optimal ausgeschöpft, ungewollte Redundanzen vermieden und der Entwurfsprozess beschleunigt.
  • Durch die fast vollständig automatisierten Verfahren können Varianten in sehr effizienter Art und Weise untersucht werden. Das ermöglicht ein fundiertes Verständnis für die spezielle Bauteil unter den gegebenen Anforderungen und sichert Entwurfsprozesse ab.

 

Der Einsatz der Strukturoptimierung im Designprozess führt zu besseren Produkten, geringeren Kosten und kürzeren Entwicklungszeiten!

Für ein individuelles Angebot kontaktieren Sie bitte This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Warum neue Optimierungsmethoden?

Methoden der Strukturoptimierung werden schon seit einigen Jahren in der Produktentwicklung eingesetzt. Hierbei wird im Allgemeinen zwischen den Verfahren Querschnitts-, Form-, und Topologieoptimierung unterschieden. Die Topologieoptimierung ist die am weitesten verbreitete Methode u.a. dadurch bedingt, dass Topologieoptimierungsprobleme recht einfach und schnell formuliert werden können. Der wesentliche Grund dafür ist, dass bei der Topologieoptimierung nicht zwischen Geometrie- und Analysemodell unterschieden wird, da sowohl die Geometrie- bzw. Topologiebeschreibung als auch die Analyse auf Basis des FE-Modells erfolgen.

Formoptimierung

Die Formoptimierung hat das Ziel, die Gestalt eines Bauteiles so zu verändern, dass das Optimierungsproblem bestmöglich gelöst wird. Optimierungsziele können z.B. die Minimierung des Gewichts, die Maximierung der Steifigkeit, die Modifikation der Eigenfrequenzen oder die Minimierung von Spannungen sein.

Shape Optimization

Reduktion von Kerbspannungen an Gussbauteilen durch Formoptimierung

Für die Beschreibung der Bauteilform ist jedoch bei den bis dato verfügbaren Verfahren häufig ein separater Parametrisierungsschritt nötig. In diesem zeitaufwändigen und komplexen Prozess werden die formbeschreibenden Parameter mit Hilfe von CAD Daten oder Shape Basis Vektoren spezifiziert. Häufig werden Morphing Boxen zur Modellierung der Shape Basis Vektoren verwendet. Die Definition einer guten Parametrisierung erfordert jedoch die Kenntnis der optimalen Geometrie um diese mit der Parametrisierung auch abbilden zu können. Da die optimale Geometrie natürlich vorab nicht bekannt ist, sind häufig mehrere Optimierungszyklen nötig, bei denen die Parametrisierung iterativ verbessert wird. Diese iterativen Verbesserungen der Parametrisierung werden jedoch aufgrund von kurzen Entwicklungszeiträumen häufig vernachlässigt, wodurch Optimierungspotential verschenkt wird.

Eine weitere Klasse von Formoptimierungsverfahren optimiert die Gestalt von Strukturen mit Hilfe eines Optimalitätskriteriums. OC-Kriterien haben jedoch den Nachteil, dass sie nur für bestimmte Entwurfsziele verwendet werden können und keine flexible Kombination von Zielfunktionen und Nebenbedingungen gestatten.

Die aufwändige nicht eindeutige Parametrisierung und die Einschränkung durch die OC-Kriterien sind maßgeblich dafür verantwortlich, dass die Formoptimierung im Vergleich zur Topologieoptimierung in der Vergangenheit eher selten eingesetzt wurde. Es ist jedoch unbestritten, dass die aus der Formoptimierung resultierenden Entwurfsvorschläge wertvolle Hilfen in komplexen Entwurfsprozessen darstellen.

Sickenoptimierung

Die Sickenoptimierung ist eine spezielle Anwendung der Formoptimierung, bei der das Tragverhalten dünner Blechbauteile durch ein geeignetes Sickenmuster verbessert wird. In den verbreiteten Optimierungspaketen werden spezialisierte Verfahren zur Sickenoptimierung angeboten. Die Topographieoptimierung verwendet ein starres Raster von Shape Basis Vektoren zur Beschreibung von Entwurfsänderungen. Die so optimierten Sickenmuster weisen jedoch große Elementverzerrungen auf, was die Aussagekraft der FE-Ergebnisse stark beeinflusst. Für die Sickenoptimierung werden vereinzelt auch OC-Kriterien eingesetzt.  Diese können jedoch das komplexe Tragverhalten gekrümmter Schalen nicht vollständig abbilden. Dadurch bleiben hoch effektive Tragmechanismen der Schalenstrukturen (z.B. ebener Schub) während der Optimierung unberücksichtigt, was sich deutlich in den Optimierungsergebnissen widerspiegelt.

Die von der FEMopt Studios GmbH eingesetzten neuen Methoden der Formoptimierung wurden in den vergangenen 10 Jahren am Lehrstuhl für Statik der Technischen Universität München entwickelt. Ziel der Entwicklung war es die Einschränkungen der bekannten Optimierungsverfahren bzgl. Parametrisierung und Spezialisierung durch OC-Kriterien zu überwinden. Diese Entwicklungsziele konnten durch innovative Optimierungsmethoden vollständig erreicht werden. Die aus diesen Methoden resultierenden Optimierungsverfahren wurden in das Softwarepaket Carat++ implementiert. Sie werden von der FEMopt Studios GmbH stetig weiterentwickelt und in industriellen Optimierungsprojekten eingesetzt.

Bead optimization

Sickenoptimierung von Fahrzeugbauteilen

Eine detaillierte Vorstellung der von uns eingesetzten Optimierungsverfahren finden Sie hier. Für  weitere Informationen können Sie uns gerne unter info[at]femopt.de kontaktieren