Die CAE-Fachwelt spricht von Optimierung, wenn das Verbesserungspotenzial komplexer Bauteile mit dem Einsatz mathematischer Optimierungsverfahren ermittelt werden soll. Ausgangspunkt sind dabei zum Beispiel Forderungen nach Leichtbaulösungen: Hier spielen nicht nur die Gewichteinsparung, sondern auch das Senken der Materialkosten eine Rolle. Auch begrenzter Bauraum oder die Verbesserung einer Struktur und damit eine geringere Anfälligkeit bzw. das Beheben einer Schwachstelle kann ein Anlass für einen Optimierungsprozess sein.
TECOSIM berechnet mit verschiedenen numerischen Verfahren die Optimierungsmöglichkeiten einer Konstruktion. In einem zweiten Schritt fließen die Vorschläge für Verbesserungen eines Bauteils oder einer Komponentengruppe in den Entwicklungsprozess ein. Auch ein Designvorschlag für eine komplette Neugestaltung ist möglich. In allen Phasen des Entwicklungsprozesses stimmen sich unsere Ingenieure eng mit dem allen Fachbereichen ab: Das Bauteilkonzept wird ebenso berücksichtigt wie Materialanforderungen, Funktionalitäten oder Randbedingungen in der Fertigung.
Bei der CAE-Optimierung gibt es je nach Anforderung unterschiedliche Vorgehensweisen. Ausschlaggeben für die Verfahrenswahl ist die Art der gewünschten Verbesserung:
Topologie-Optimierung
Topographie-Optimierung
Parameter-Optimierung
Original und optimierte Clipphalterung zur Montage für Solarmodule
Topologie-Optimierung Ausgangspunkt bei der Topologie-Optimierung ist ein definierter maximaler Bauraum. Mit Hilfe der Topologie-Optimierung eines FE-Modells erarbeiten die TECOSIM-Ingenieure eine Struktur, die allen Beanspruchungen (Lasten, Spannungen,Grenzfrequenzen oder Fertigungsrestriktionen) gerecht wird. Das erzeugte Bauteil besitzt optimierte steifigkeits- und festigkeitsbestimmende Merkmale. Dies ist bereits in einem frühen Entwicklungsstadium möglich. Mit weiteren Berechnungen lässt sich – beispielsweise mittels einer Lebensdaueranalyse – die Dauerfestigkeit des optimierten Designs untersuchen. Topographie-Optimierung Bei der Topographie-Optimierung steht ein – normalerweise dünnwandiges – Bauteil im Mittelpunkt. Mit Hilfe der Topographie-Optimierung wird die bestmögliche Anordnung einer zum Beispiel verprägten Struktur ermittelt, diese verbessert die Komponenten hinsichtlich ihrer Steifigkeit und / oder Eigenfrequenzen und somit die Gesamtperformance. Auch kann man mit dieser Art der Optimierung Kanten und Übergänge belastungsgerecht optimieren
Parameter-Optimierung Bei der Parameter-Optimierung geht es um das automatisierte Finden meist mehrerer optimal zueinander passender Parameter, um das Verhalten einer Struktur zu verbessern. Die Parameter werden dabei so variiert, dass bestimmte Werte oder bestimmte Funktionen einen Bestwert (Optimum) annehmen. Falls die Zielgrößen als lineare Funktion vorliegen, führen wir lineare Optimierungen durch. Beim in der Praxis häufig auftretenden Fall von nichtlinearen Verknüpfungen oder bei nichtlinearen Zielfunktionen wenden wir entsprechende nichtlineare Optimierungsverfahren an.
Klassische Anwendungen der CAE-Optimierung im Fahrzeugbau
Für die Automobilindustrie hat sich TECOSIM bei der Optimierung auf folgende Bereiche spezialisiert:
Bauteile des Antriebstrangs
Karosseriebauteile bzw. Gesamtkarosserie, zum Beispiel Optimierung von Blechdicken
Interieurkomponenten, zum Beispiel Optimierung von Kunststoffkonstruktionen hinsichtlich der Verteilung von Kräften bei einem Aufprall
Optimierung von Schweißpunkten
Lokale Verstärkungselemente
Optimierung von Klebeflächen
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