Die Erforschung und Durchführung regelbasierter Layout-Optimierung hochkomplexer Crashstrukturen erfolgt mit mehreren öffentlich und industriell geförderten Projekten. Im DFG-Projekt „Entwicklung eines optimierungsgerechten Werkstoffmodells für die automatisierte Topologie- und Formfindung von Crashstrukturen aus thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden“ wird zusammen mit dem Institut für Verbundwerkstoffe der Universität Kaiserslautern die Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung für den Einsatz bei Strukturen aus Faserverbundwerkstoffen erforscht. Viele im Rahmen eines geschlossenen Kooperationsvertrags mit der Volkswagen AG durchgeführte Forschungsprojekte unterstützen die Weiterentwicklung der GHT.
Die Grundidee des Verfahrens ist der Einsatz von Heuristiken, die konzertiert mit mathematischen Optimierungsverfahren optimale Layouts finden. Zu nennen ist beispielsweise die Heuristik „Abstützen schnell deformierter Wände“, die die Topologie der Struktur hinsichtlich des globalen Ausbeulen verbessert. Am Lehrstuhl sind hierzu in den letzten Jahren zahlreiche Heuristiken entwickelt und in den Optimierungsablauf integriert worden. Bild 1 zeigt den Standardablauf der ineinander verschachtelten Optimierungsschleifen der GHT.
Diese Art des Vorgehens in der Strukturoptimierung wird Anhand eines Anwendungsbeispiels (Bild 2) der kombinierten Form- und Topologieoptimierung eines Schwellers aus Aluminium verdeutlicht. Ziel ist demnach eine Reduzierung der maximalen Kraft an einem eindringenden Pfahl (Bild 2-a) unter Berücksichtigung ausgewählter Restriktionen (Eindringtiefe, die Masse und Fertigungsanforderungen). In Bild 2-d ist die große Verbesserung hin zu einem gleichmäßigen Kraftverlauf zu sehen, der in Fahrzeuganwendungen z.B. für geringere Insassenverletzungen angestrebt wird.
- DFG-Projekt „Entwicklung eines optimierungsgerechten Werkstoffmodells für die automatisierte Topologie- und Formfindung von Crashstrukturen aus thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden“
- Forschungsprojekt „Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung von 3D-Crash-Strukturen von Personenkraftwagen“ gefördert von der Forschungsvereinigung Automobiltechnik (FAT)
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- Dr.-Ing. Johannes Sperber (2022): Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung axial belasteter Crashstrukturen, Shaker Verlag, ISBN: 978-3-8440-8634-8 Download
- Dr.-Ing Dominik Schneider (2023): Graphen- und heuristikbasierte Topologieoptimierung von Profilstrukturen aus Faser-Kunststoff-Verbunden in Crashanwendungen. Shaker Verlag, ISBN: 978-3-8440-8884-7 Download
- Dr.-Ing. Florian Beyer (2024): Entwicklung eines Optimierungsverfahrens für crashbelastete 3D-Rahmenstrukturen mit der Graphen- und Heuristikbasierten Topologieoptimierung. Shaker Verlag, ISBN: 978-3-8440-9475-6 Download
- Trilling: Unterstützung der Graphen- und Heuristikbasierten Topologieoptimierung crashbelasteter Strukturen durch Reinforcement Learning Download
