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Topologieoptimierung – was ist das ?

Die Topologieoptimierung begann im Jahre 1904 mit den Michell-Strukturen. Hierbei hat Michell Stabwerke betrachtet und zudem eine Entwurfstheorie entwickelt, wodurch sich alle Stabwerke zueinander in einem 90° Winkel schneiden. Folglich wurde dabei vor allem eine optimale Anordnung von Zug- und Druckspannung geschaffen. 

Darüber hinaus ist dies heute ebenso ein Verfahren der rechnergestützten Produktentwicklung, mit dem im Entwicklungsprozess schon frühzeitig Optimierungspotenziale erkannt werden können. Demnach bieten hierfür heutzutage verschiedene Softwareanbieter Lösungen an. 

Welche Verbesserungspotentiale bietet die Optimierung der Topologie ?

Anwendungsbedingt ergeben sich nahezu eine Vielzahl von Zielen. Folglich ist hierbei jedoch vor allem das grundsätzlichste Ziel, den vorgegebenen Bauraum optimal auszunutzen.

Ebenfalls weitere Beispiele sind diese: 

  • Gewichtsreduktion bei gleichbleibender Traglast 
  • Lasterhöhung bei gleichbleibendem Gewicht 
  • Optimierung der Kraftverteilung auf mehrere Lagerstellen 
  • Eigenfrequenzoptimierung durch das richtige Verhältnis von Masse und Steifigkeit 
topologieoptimierung was ist das ?
Steifigkeitsoptimierung eines Maschinengestells

Zusammengefasst dienen diese Ziele übrigens vor allem dem Themenschwerpunkt des Leichtbaus.

Wo wird diese Methodik heute am meisten eingesetzt ?

Eingesetzt wird diese Topologieoptimierung beispielsweise vor allem im Automobil- und Fahrzeugbau, sowohl in Luft-/Raumfahrt als auch im Maschinenbau. Dabei kommt es vor allem auf ein optimales Kosten-/Nutzenverhältnis an. Eine klassische Anwendungen dieser Methodik ist beispielsweise die Einsparung von Gewicht (Leichtbau) und bzw. oder Material in der Serienfertigung.

Welche Arten der Topologieoptimierung gibt es noch ?

Zusammenfassend beschäftigt sich die topologische Optimierung damit, für mechanisch belastete Bauteile die günstigste Grundgestalt (Topologie) zu finden. Im Wesentlichen wird demnach, neben den oben beschriebenen Anwendungsbereichen und auch Optimierungszielen in diesem Zusammenhang zwischen kontinuierlicher und diskreter Optimierung unterschieden.

Diskrete Optimierung:

Hierbei ist der bekannteste Vertreter Anthony George Maldon Michell und seine Stabwerke. Diese Optimierungen durch Stabwerke werden heute noch weiterhin benutzt, denn die Vorteile liegen vor allem hauptsächlich in der geringen Rechenzeit. 

Kontinuierliche Optimierung:

Hierfür erfolgt der Ablauf im Allgemeinen üblicherweise in 3 Schritten und zwar:

  1. Der maximal zur Verfügung stehende Bauraum muss definiert werden. Dabei kann dies über ein CAD oder ein Finite-Elemente System erfolgen.
  1. Es müssen weitere Optimierungsziele festgelegt werden, wie zum Beispiel: geringe Masse oder hohe Steifigkeit.
  1. Die Software ermittelt anhand der vorhandenen Daten einen oder mehrere Designvorschläge, die dem Konstrukteur als Vorlage für sein Designkonzept zur Verwendung steht.

Gerne beraten wir Sie, wie Sie mit Hilfe der topologischen Optimierung Ihren Produktentwicklungsprozess verbessern und vor allem beschleunigen können.

Neugierig geworden ?

Erfahren Sie mehr darüber, wie Sie die Topologie Ihrer Bauteile bzw. Ihre Bauteile im Allgemeinen in Bezug auf die auftretenden Belastungen optimieren können.

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