Numerische Topologieoptimierung multiphysikalischer Probleme

Die Topologieoptimierung ist heutzutage ein essenzieller Bestandteil von modernen Entwicklungsprozessen im Ingenieurwesen. Dabei stellt insbesondere die Optimierung multiphysikalischer Probleme eine große Herausforderung dar. In der Wissenschaft hat das Forschungsinteresse in diesem Bereich daher in den letzten Jahren stark zugenommen und auch diese Arbeit befasst sich mit diesem Thema. Dazu wird eine modulare Softwareumgebung zur numerischen Topologieoptimierung multiphysikalischer Probleme entwickelt, implementiert und untersucht. Die betrachteten physikalischen Bereiche dabei sind die Strömungsmechanik, der Wärmetransport, die Aeroakustik sowie einfache Fluid-Struktur-Interaktionen. Zur Beschreibung der zu optimierenden Geometrien, welche die Fluid- beziehungsweise Festkörperbereiche definieren, wird unter anderem ein neuartiger NURBS-basierter Ansatz vorgestellt. Diese Geometrien werden durch Modifizierungen der Grundgleichungen auf nicht-körperangepassten Gittern in das Rechengebiet eingebracht. Das entstandene Framework und die entwickelten Methoden werden schließlich anhand diverser Testfälle ausführlich untersucht.