Allgemeines zur Strukturoptimierung

Häufig erhalten wir Kundenwünsche zum Thema Leichtbau, da Produkte zu schwer für ihren geplanten Einsatz sind. Die Gewichtsreduzierung meistens das Ziel einer Strukturoptimierung, aber es gibt noch viele weiter gute Gründe. Eine optimierte Form hilft dabei die Leistung und Effizienz eines Produktes zu maximieren und gleichzeitig die Lebenszykluskosten zu minimieren. Die Finite-Elemente-Methode bietet uns Werkzeuge zur Optimierung einer Struktur über den ganzen Entstehungsprozess hinweg. Die Strukturoptimierung lässt sich in drei verschiedene Teilbereiche unterteilen:

Dimensionierung

Die Dimensionierung variiert gezielt einzelne Zahlenwerte von Geometrien, zum Beispiel Wandstärken und Abmessungen, ohne dabei die grundlegende Geometrie zu verändern. Dem Entwickler wird so das manuelle „Ausprobieren“ von Zahlenwerten abgenommen. Die Dimensionierung kann ein hervorragender Ansatz sein, die richtige Verteilung der Blechstärken von einer Struktur zu ermitteln. Auf der linken Seite finden Sie jeweils ein Beispiel für die unterschiedlichen Optimierungsvarianten. Die Bilder wurden mit freundlicher Genehmigung von Tosca gestellt.

Formoptimierung

Die Formoptimierung verändert die äußere Form eines Objekts, ohne Änderungen am Material oder dessen definierten Eigenschaften vorzunehmen. Der parabelförmige Balken im Beispiel links wird gezielt gestaucht bzw. gestreckt, um die Form zu finden, die die niedrigsten Spannungen in der Struktur hervorruft. Der Parameter, der von der Software variiert werden kann, wird vom Anwender genau festgelegt. Völlig neue Formen oder etwaige Löcher in der Struktur treten daher bei dieser Optimierung nicht auf.

Topologieoptimierung

Die Topologieoptimierung nutzt einen anderen Ansatz als die beiden vorherigen. Statt verschiedene Variationen von Formen oder Abmessungen zu untersuchen, wird die vereinfacht ausgedrückt die Menge an Material an einer Stelle variiert. Der Algorithmus versucht diejenige Geometrie zu finden, die bei einem möglichst geringen Materialeinsatz den auftretenden Kräften die maximale Steifigkeit entgegensetzt. Da der Algorithmus in einem definierten Raum das Material völlig frei verteilen kann, kommt es häufig zur Ausbildung von Löchern und nicht selten zu filigranen, bionisch aussehenden Strukturen. Wollen Sie mehr über die Topologieoptimierung wissen? Dann klicken Sie auf den Link um zu erfahren, was die Topologieoptimierung zu einem sehr mächtigen Instrument für Ingenieure macht.

Software tools

Je nach Aufgabenstellung setzen wir eine Vielzahl von Tools zur Strukturoptimierung ein. Bei Femto Engineering verwenden wir Optimierungsmodule u.a. von Simcenter 3D, Femap/NX Nastran und Altair Optistruct. Wir beraten Sie gerne über die richtigen Werkzeuge für Ihre Herausforderungen. Unsere Ingenieure können Ihnen auch projektbezogen bei der Optimierung von Strukturen und Produktleistung helfen. Wenn Sie an unseren Dienstleistungen zur Strukturoptimierung interessiert sind, zögern Sie nicht, Kontakt mit uns aufzunehmen!

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