Optimierung von Faserverbundpanelstrukturen unter Verwendung eines modifizierten Ameisenkoloniealgorithmus

Zusammenfassung Ziel dieser Arbeit ist es für verschiedene Schub/Druck Lastkombinationen die jeweils optimalen Faserverbundpanelstrukturen zu finden. Als Grundlage hierfür dient ein zur Strukturoptimierung modifizierter Ameisenalgorithmus (Str-ACO), wobei ein besonderes Augenmerk auf der Eignung des Algorithmus liegt. Zuerst wird in einer Voruntersuchung die Zweckmäßigkeit von Schrägversteifungen überprüft. Hierbei stellt sich wie erwartet heraus, dass sie in Bereichen mit einem hohen Schublastanteil zu Gewichtseinsparungen führen können. Allerdings werden immer zusätzlich Querversteifungen benötigt, um einem globalen Beulen entgegen zu wirken. Im Anschluss daran wird der Str-ACO Algorithmus konfiguriert und an zwei verschiedenen Strukturmodellen getestet. Bei der Optimierung eines gekrümmten CFK-Hautfeldes ist er erfolgreich und erzielt er ähnlich gute Ergebnisse, wie der zum Vergleich herangezogene Evolutionäre Algorithmus. Die Qualität der Lösung wird in erster Linie von der Problemstellung beeinflusst. Daher kann eine ungünstige Formulierung das Auffinden der optimalen Lösung stark erschweren. Dies zeigt sich bei der Optimierung des zweiten Strukturmodells, einer orthotropen Platte, die trotz eines erhöhten Rechenaufwands von dem Str-ACO Algorithmus nicht zufriedenstellend gelöst werden kann. Allerdings ist das Problem nicht ACO-spezifisch, da auch der evolutionäre Algorithmus hier Schwächen aufzeigt. Nach einer Reduzierung der Problemkomplexität, gelingt es dem Ameisenalgorithmus, trotz der ungünstigen Formulierung, die Plattenoptimierung erfolgreich durchzuführen. Die Erfahrungen der vorangegangenen Strukturoptimierungen werden zum Schluss herangezogen, um mit dem daraus konfigurierten Str-ACO Algorithmus eine Schalenstruktur zu optimieren, die sowohl Längs- und Querversteifungen als auch Schrägversteifungen enthalten kann. Nach einer weiteren Anpassung der Steuerparameter und der Einführung einer stufenweisen Optimierung erzielt der Algorithmus sehr gute Ergebnisse und stellt seine Eignung zur Strukturoptimierung unter Beweis.