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Integration der Topologieoptimierung in den CAD-gestützten Entwicklungsprozess

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Integration der Topologieoptimierung in den CAD-gestützten Entwicklungsprozess

Christoph Hessel (Broschiert, Deutsch)

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Beschreibung

Mit Hilfe der Topologieoptimierung kann für ein zu konstruierendes Bauteil schon in einer frühen Phase des Konstruktionsprozesses automatisch eine belastungsgerechte Grobgestalt ermittelt werden. Als Eingangsinformationen sind vom Konstrukteur lediglich die mechanischen Randbedingungen sowie der zur Verfügung stehende Bauraum in einem einfachen Finite-Elemente-Netz abzubilden. Die Modellerstellung erfolgt derzeit manuell oder auf Basis eines speziell für diese AufgabensteIlung erstellten CAD-Modells, welches dann mit semimanuellen Vernetzungsverfahren in ein Finite Elemente-Netz überführt werden muss. Die Aussagefähigkeit und damit die Nutzbarkeit der Topologieoptimierungsergebnisse ist dabei in entscheidendem Maße von der Auflösung des Gestaltungsraumes abhängig und wächst mit einer Verfeinerung des Finite-Elemente-Netzes an. Nach Durchführung der Topologieoptimierung liegt als Ergebnis ein belastungsgerechter Grobentwurf in Form eines Netzes aus Finiten Elementen vor. Aufgrund der diskreten Approximation des Bauteilvolumens durch Finite Elemente entspricht die mit dem Optimierungsverfahren entwickelte Gestalt weder konstruktions- noch fertigungstechnischen Anforderungen. Für nachfolgende rechnergestützte Konstruktionsschritte ist es daher erforderlich, die berechnete Grobgestalt in eine geglättete CAD-fähige Beschreibung zu überführen. Diese Schritte der Topologieoptimierung sind bisher sehr aufwändig und werden meist von Spezialisten durchgeführt, so dass der Einsatz der Topologieoptimierung im Entwicklungsprozess nur zögerlich voranschreitet. Zur Unterstützung des Konstrukteurs bei der Anwendung der Topologieoptimierung werden im Folgenden Methoden entwickelt, die den effizienten Einsatz der Topologieoptimierung im Entwicklungsprozess fördern. Zur Vorbereitung des Optimierungsmodells werden einfache Verfahren zur Vernetzung vorgestellt. Ferner wird eine Vorgehensweise zur adaptiven Topologieoptimierung von Volumenkörpern entwickelt, mit der eine hohe Auflösung auch großer Bauteile möglich ist. Durch die feine Diskretisierung des Gestaltungsraumes entstehen Ergebnisse, die zum einen die Interpretation der Lösung im konventionellen Post-Processing vereinfachen. Zum anderen bieten diese Optimierungslösungen deutliche Vorteile bei der Weiterverarbeitung der geometrischen Informationen im CAD-System. Zur Integration der Topologieoptimierungsergebnisse in den rechnergestützten Entwicklungsprozess wird darüber hinaus ein Ansatz vorgestellt, bei dem das optimierte FE-Netz teilautomatisiert in ein abstrahiertes CAD-Modell überführt wird. Auf der Basis dieses CAD-Modells kann der Konstrukteur weitere Modeliierungsschritte zur Feingestaltung durchführen. Die beschriebenen Ansätze werden anhand von praktischen Beispielen verifiziert und zeigen die Einsatzfähigkeit der prototypisch implementierten Lösung. Mit den aufgezeigten Lösungsstrategien werden Bausteine zur ganzheitlichen Produkt- und Prozessmodellierung entwickelt, die eine verbesserte Integration der Topologieoptimierung in den virtuellen Produktentwicklungsprozess erreichen. Diese Ansätze könnten das Strukturoptimierungsverfahren fest etablieren und somit schneller zu abgesicherten, belastungsgerechten Leichtbaulösungen führen. Weniger zeigen

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Produktinformationen

Technische Daten

Erscheinungsdatum

01.01.2003

Sprache

Deutsch

EAN

9783832219932

Herausgeber

Shaker

Serien- oder Bandtitel

Berichte aus der Produktionstechnik

Sonderedition

Nein

Autor

Christoph Hessel

Seitenanzahl

154

Auflage

Einbandart

Broschiert

Warnhinweise und Sicherheitsinformationen

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