Entwicklung eines Optimierungsverfahrens für crashbelastete 3D-Rahmenstrukturen mit der Graphen- und Heuristikbasierten Topologieoptimierung

In der Entwicklung von crashbelasteten Strukturen in Personenkraftwagen ist der Insassenschutz von wichtiger Bedeutung. Getrieben durch die gesetzlichen Anforderungen bei dem Inverkehrbringen der Fahrzeuge und neuen Herausforderungen für neue Fahrzeugkonzepte werden innovative Methoden zur stetigen Verbesserung von Fahrzeugstrukturen benötigt. Teile der Fahrzeugkarosserie werden zur gezielten Energieabsorption durch Deformation bei Unfällen ausgelegt, um die Insassen zu schützen. Durch die steigende Komplexität zwischen Fertigungsverfahren, Lastfällen, Kosten und gesetzlichen Anforderungen, können automatisierte Optimierungsverfahren einen großen Beitrag zu dieser Entwicklung leisten. Die Schwierigkeiten liegen in der Berücksichtigung von komplexen Materialverhalten mit großen Deformationswegen, Plastizität und Dehnratenabhängigkeiten. Für die nutzbare Topologieoptimierung werden aus Expertenwissen abgeleitete heuristische Regeln zur Optimierung der Anordnung von Profile neu konzipiert. Diese Arbeit beschreibt die Erweiterung der Graphen und Heuristikbasierten Topologieoptimierung für dreidimensionale Rahmenstrukturen. Eine Besonderheit des Verfahrens stellt ein selektiver Prozess dar, in dem iterativ nur die besten Entwürfe weiter automatisiert manipuliert werden. Innerhalb dieser Methode finden Form- und Dimensionierungsoptimierungen statt, aber auch das Skalieren von Querschnitten ist möglich. Die Leistungsfähigkeit wird in einer Reihe von praktischen Anwendungsbeispiele demonstriert. Dazu werden akademische Modelle analysiert und die erzielten Ergebnisse auf ihre Plausibilität hin überprüft. Dabei werden verschiedene Optimierungsziele und Strukturantworten berücksichtigt, wie sie bei der Auslegung crashbelasteter Strukturen erfolgt.