Verkehrsfahrzeuge werden zukünftig immer schärferen Anforderungen unterworfen werden, um die globalen Klimaziele erfüllen zu können. So verlangt beispielsweise die Selbstverpflichtung der Automobilindustrie, die Kohlendioxid-Emissionen bei neuen Fahrzeugen auf unter 140 g/km zurückzuführen. Die wirksamsten Hebel hierzu sind Strukturleichtbau und Komponentenleichtbau, die nicht nur eine Werkstoffsubstitution beinhalten, sondern eines ganzheitlichen Ansatzes für Konzeption, Auslegung, Entwurf, Realisierung und Verifizierung bedürfen. Im Vordergrund steht hierbei immer das Erreichen eines minimalen Eigengewichts unter den Bedingungen eines hohen Verformungswiderstands und einer möglichst hohen Eigenfrequenz. Mit konventionellen Konzepttechniken und Entwurfstechniken lassen sich diese Zielvorgaben im allgemeinen nicht wirtschaftlich erreichen. Für die Praxis soll daher ein alternativer Weg skizziert werden, wie sich multikriterielle Optimierungsaufgaben zielgerecht erfüllen lassen. Als ein mögliches Workflow-Konzept kann für eine derartige Problemstellung DACE (Design Analysis of Computer Experiments) herangezogen und auf die Fragestellung einer ingenieurmäßigen Optimierung einer Rücksitzstruktur in Blechbauweise übertragen werden. DACE erweist sich gewöhnlich dann als zweckmäßiger Ansatz, wenn ein Problem von einer Vielzahl von unabhängigen Parametern abhängt, diese in einem überschaubaren Wertebereich zu variieren sind und der zulässige Lösungsraum eingegrenzt werden kann. Darüber hinaus ermöglichen die statistischen Werkzeuge des klassischen Design of Experiments (DoE) eine breite Auswertung und Analyse von Parameterwirkungen, die über den Informationsgehalt einer mathematischen Optimierung hinausgehen. Die Anwendung zeigt, dass Gestaltoptimierungsprobleme (computer-aided optimization CAO) für DACE besser geeignet sind als Topologieoptimierungsprobleme (SKO: Soft Kill Option). Der SKO-Ansatz ermöglicht auf Basis einer bionischen Wachstumsstrategie beziehungsweise einer Dichte-Steifigkeits-Beziehung von porösen Gebieten eine Massenverteilung in einem eingegrenzten Raum für beliebige Strukturen zu generieren. Bei der Gestaltoptimierung von Blechstrukturen hängt der Strukturentwurf gewöhnlich von einer überschaubaren Anzahl von Steuergrößen ab, deren Optimalwerte sich gut eingrenzen lassen und zu einem Fully-Stressed-Design führen. Hingegen erweist sich die Topologieoptimierung als freier, da sie nur Bauraumbegrenzungen benötigt und zu einer günstigen Massenverteilung führen soll. Die Entwurfsqualität hängt aber letztlich von der technologischen Umsetzung ab. Die Technologieparameter stellen in diesem Sinne Stellgrößen dar, die sinnvoll zu belegen und in einen konstruktiven Entwurf zu überführen sind. Beide Ansätze können auch hintereinander durchlaufen werden und führen meist zu einem hochwertigen, restringierten Entwurf.


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    Title :

    DACE-gestützte Optimierung von Blechleichtbaustrukturen


    Additional title:

    DACE-supported optimization of sheet metal lightweight structures


    Contributors:
    Klein, B. (author)

    Published in:

    Konstruktion ; 62 , 9 ; 61-66


    Publication date :

    2010


    Size :

    6 Seiten, 4 Bilder, 3 Tabellen, 13 Quellen



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Print


    Language :

    German






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