LeiKom-Handbuch Produkt Instrumente zur Entwick- lung - IfG

Spannungskonzentration unter einem bestimmten Threshold-Wert liegt, eliminiert. In mehreren
Iterationsschleifen nähert sich das Berechnungsergebnis schließlich immer mehr einer
kraftlinienoptimierten und materialsparenden Form an, (Abbildung 5-11).
Abbildung 5-11: Mit Hilfe der Topologieoptimierung wird aus einem vorgegebenen
Bauraum eine Struktur errechnet, die eine konstante Spannungsverteilung bei optimal
geführtem Kraftfluss gewährleistet. Die Massebelegung in gering beanspruchten Bereiche
wurde eliminiert. [STU03]
Die Optimierung der Bauteilgeometrie kann mit Hilfe von Zielfunktionen und Nebenbedingungen
(z.B. geringe Masse, geringes Volumen, hohe Steifigkeit, geringe Spannung, berechnete
Schädigungsverteilung bei zyklischer Beanspruchung etc.) oder auf Basis biologischer
Optimierungsstrategien (CAO/SKO) erfolgen. Die Bewertung der Iterationsergebnisse
erfolgt in der Regel automatisch, so dass als Endergebnis eine entsprechend der Aufgabenstellung
optimierte Geometrie steht.
Insbesondere für Neukonstruktion kann die rechnergestützte Topologieoptimierung zu vollkommen
neuen Strukturen führen, deren Vorteile bei einer schlichten Anpassung bestehender
Geometrien mit konventionellen Methoden möglicherweise nicht berücksichtigt würden.
Softwarepakete für die rechnergestützte Topologieoptimierung sind z.B. OptiStruct, Ansys,
TOSCA, OPIUM (FH Dortmund), CATOPO oder NASTRAN. In der Regel beinhalten diese
Systeme verschiedene Lösungsstrategien (z.B. Optimale Spannungsverteilung, Bionische
Methoden etc.) und lassen sich durch benutzerindividuelle Solver erweitern.
Zu den auf biologischen Wachstumsregeln basierenden Lösungsverfahren zählen insbesondere
die Verfahren Computer Aided Optimization (CAO), Soft-Kill-Option (SKO) und Computer
Aided Internal Optimization (CAIO), die vor einigen Jahren am Forschungszentrum Karlsruhe
entwickelt wurden, und die heute im Rahmen der gängigen Softwarepakete zur Topologieoptimierung
genutzt werden.
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