Entwicklung eines graphen- und heuristikbasierten Verfahrens zur Topologieoptimierung von Profilquerschnitten für Crashlastfälle

Die passive Sicherheit gehört zu den dominierenden Auslegungskriterien bei der Entwicklung eines Fahrzeugs. Ein Kernelement ist hierbei die Fahrzeugkarosserie. Das Werkzeug der Topologieoptimierung könnte hier einen wertvollen Beitrag leisten. Für linear statisch belastete Strukturen existiert eine Reihe von effizienten Methoden für die Topologieoptimierung. Diese können allerdings aufgrund der auftretenden Nichtlinearitäten und der Dynamik nicht bei crashbelasteten Strukturen angewendet werden. Zu den Nichtlinearitäten zählen große Verschiebungen und Rotationen, Kontaktphänomene sowie plastisches und geschwindigkeitsabhängiges Materialverhalten. Weitere in einer Optimierung bei Berücksichtigung von Crashlastfällen auftretende Schwierigkeiten sind Verzweigungspunkte, eine hohe Anzahl von lokalen Optima und die fehlende Möglichkeit, die Sensitivitäten analytisch und damit ohne zusätzliche Funktionsaufrufe zu ermitteln. In dieser Dissertation wird die Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung (GHT) vorgestellt, welche diese Schwierigkeiten adressiert und für die Topologieoptimierung von Profilquerschnitten von crashbelasteten Strukturen verwendet werden kann. In der GHT wird das eigentliche Optimierungsproblem in zwei ineinander geschachtelte Optimierungsschleifen aufgeteilt. In der äußeren Optimierungsschleife verändern aus Expertenwissen abgeleitete Heuristiken, basierend auf Simulationsdaten von Crashberechnungen, die Topologie der zu optimierenden Struktur. In der inneren Optimierungsschleife werden herkömmliche, universelle Optimierungsalgorithmen für die Formoptimierung und Dimensionierung der Struktur verwendet. Die Geometrie der zu optimierenden Struktur wird durch einen mathematischen Graphen beschrieben.