Optimierung
Ziel einer strukturmechanischen Berechnung ist im Allgemeinen nicht nur die Prognose der Festigkeit und Lebensdauer eines vorliegenden Entwurfs. Vielmehr sollen auch Aussagen über mögliches Optimierungspotential getroffen werden.
Parametrisierte Optimierung mit HEEDS
In einer parametrisierten Optimierung werden Eingangsparameter der Berechnung (Abmessungen, Randbedingungen) in vorgegebenen Grenzen varriiert. Durch wiederholende Berechnung mit variierenden Eingangsparametern kann deren Einfluss auf definierte Ergebnisgrößen korrelativ bestimmt werden.
Nahezu jede Benutzereingabe kann parametrisiert werden. Dazu zählen:
- Geometrieabmessungen
- Netzauflösung
- Randbedingungen
- Quantitative Auswertung
Die Daten jedes Teilprozesses und die Datenübergabe zwischen den Prozessen werden automatisiert verwaltet. Nach Änderung eines Parameters durchläuft HEEDS alle Teilprozesse selbstständig und automatisiert. Dies ermöglicht die Durchführung von Sensitivitätsstudien und darauf aufbauend parametrisierte Optimierungen.
Strukturoptimierung
In der Entwicklung von Leichtbauteilen spielt die Einbindung der Strukturoptimierung eine wichtige Rolle für die Designfindung. Mit der Strukturoptimierung können lastgerechte Bauteilstrukturen erzeugt und Bauteile simulativ mit einem Minimum an Material entwickelt werden. Die Optimierung kann dabei auf beliebig vielen Lastfällen und einem vorgegebenen Bauraum basieren.
Es gibt verschiedene Verfahren, um unterschiedliche Ziele in der Optimierung zu verfolgen.
Zum einen kann die klassische Topologieoptimierung eingesetzt werden, um die Erfüllung der Anforderungen an ein Bauteil mit möglichst geringem Einsatz von Material zu erzielen. In den meisten Fällen wird dafür z.B. eine maximale Steifigkeit bei niedrigem Volumen angestrebt. Diese entwickelte Struktur ist dann in der Lage, mit dem verfügbaren Material einen möglichst gleichmäßigen Kraftfluss zwischen den Belastungsstellen des Bauteils zu realisieren.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit der Form-Optimierung. Diese Methode setzt dazu die Modifikation der Oberfläche eines Bauteils mit einem zuvor definierten Optimierungsziel unter Beibehaltung der Bauteil-Topologie ein. Im Unterschied zur Topologieoptimierung, wo Bauteile mit hoher Steifigkeit jedoch mit hohen Spannungsspitzen entstehen können, kann mit der Form-Optimierung eine Homogenisierung der Spannungen erzielt werden. Bei der Belastung von Bauteilen treten die höchsten Spannungen zumeist an der Bauteiloberfläche auf und dort meist an Radien und Kanten in Form der Kerbspannungen. In Folge der Form-Optimierung beschränken sich die Veränderungen des Bauteils somit größtenteils auf die Oberfläche.
Simcenter 3D ermöglicht es optimierte Geometrien einer Validierungsberechnung zu unterziehen. Mithilfe des Simcenter 3D CAD-Modellers können aus Netzgeometrien innerhalb kürzester Zeit vernetzbare Volumenkörper erstellt werden. Zusätzlich ist das Reparieren von Geometriefehlern und Zusammenführen von Baugruppen innerhalb von Simcenter 3D für den Anwender in einfacher Weise einsetzbar.
