Belastungsgerechte Bauteilstruktur - Lebensdauer erhöhen - Effektiver Materialeinsatz
Die Topologieoptimierung ermöglicht es, (hoch)beanspruchte Bauteile belastungsgerecht zu gestalten und die Lage und Anordnung von Strukturelementen zu optimieren. Ziel ist es, Gewicht und Materialeinsatz zu reduzieren, die Lebensdauer von Bauteilen zu erhöhen und die fertigungsbedingten Freiheitsgrade beim 3D-Druck optimal auszuschöpfen.
Dabei wird der Entwurfsraum vielfach in kleine Bereiche, sogenannte Voxel (volumetric pixel) aufgeteilt und bestimmt, ob dort Material sein soll oder nicht. Es entstehen Strukturen mit homogenen Spannungsverteilungen, in denen lokale Spannungsspitzen abgebaut sind. Die optimierten Strukturelemente des Bauteils sind im nächsten Schritt in fertigbare Bauteile umzusetzen.
Das Seminar stellt aktuelle Verfahren der Topologieoptimierung vor, erläutert die Einsatzbereiche an Beispielen und zeigt die Möglichkeiten und Grenzen der Methode auf. Der Fokus liegt dabei auf Gussbauteilen, Blechbauteilen und 3D-Druck-Bauteilen.
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Basiswissen zur Entwicklung mechanischer Strukturen – Topologieoptimierung als Teil der Produktgestaltung
Konstruktionsprinzipien für leichte Strukturen
Mechanische Beanspruchungsarten und Leichtbaustrukturen (Rippen, Zugseil-, Wölb-Strukturen)
Was können bionische Methoden?
Finite-Elemente-Berechnung
Sensitivitäten der Optimierungsziele nach Entwurfsvariablen sinnvoll nutzen
Basiswissen der Strukturoptimierung
Algorithmen für die Topologieoptimierung
Kopplung mit der Finite-Elemente-Berechnung
Einordnung der Verfahren zur Topologieoptimierung
Grundlagen und Mechanismen
Vorgehensweise und Optimierungsziele
Optimierung mit der Voxel-Methode – vom Bauraum zur optimierten Struktur
Aufteilung des zur Verfügung stehenden Bauraums
Anwendung des mathematischen Optimierungsalgorithmus: Entscheidung für jeden Bereich, ob dort Material sein soll oder nicht
Interpretation und Umsetzung des Optimierungsergebnisses in ein fertigbares Bauteil
Verfügbare Softwarelösungen
Beispiele aus dem Maschinen- und Automobilbau
Rechnerübungen zur Topologieoptimierung
Optimierung von überschaubarer Entwurfsaufgaben und gut interpretierbarer Ergebnisse
Topologieoptimierung industrienaher Aufgabenstellungen
Berücksichtigung der Belange der Fertigung
Gussbauteile
Blechbauteile
3D-Druck-Bauteile
Erweiterte Möglichkeiten der Topologieoptimierung
Optimierung von Bauteilen mit hochgradig nicht-linearem Strukturverhalten
Topologieoptimierung von Bauteile zur Crashenergieabsorption
Im Seminar lernen Sie den gesamten Ablauf der Topologieoptimierung kennen – von der Definition der Beanspruchung über die optimierte Struktur bis zum fertigungsgerechten Bauteil.
Anschließend sind Sie in der Lage,
den Einsatz der Topologieoptimierung für spezifische Fragestellungen zu bewerten,
das richtige Verfahren auszuwählen,
den Einfluss von Material und Fertigungsprozess auf die Optimalität des Bauteils einzuschätzen,
Topologieoptimierungen am Computer selbst durchzuführen,
die Ergebnisse zu interpretieren und herstellbare Bauteile abzuleiten.
Konstrukteur:innen, Produktentwickler:innen, Berechnungsingenieur:innen, Fach- und Führungskräfte aus Entwicklung, Konstruktion, Projektierung und Prüfung
Kurzvorträge, viele Anwendungsbeispielen, Aufgaben zur Topologieoptimierung, Übungen am Rechner, Diskussion, Erfahrungsaustausch, Seminarunterlagen. Gern können Sie eigene Praxisbeispiele mit ins Seminar einbringen.
Prof. Dr.-Ing. Axel Schumacher
ist Hochschullehrer für die Optimierung mechanischer Strukturen an der Bergischen Universität Wuppertal
Das Seminar findet an beiden Tagen in der Zeit von 9:30 bis 17:00 Uhr statt.