Topologieoptimierung
Aus ESOCAETWIKIPLUS
engl: optimization Kategorie: 
Level 3 Theorie
Die Topologieoptimierung oder Formoptimierung ist ein Optimierungsverfahren, mit dem ohne parametrische Geometrie für ein Bauteil eine beanspruchungsgerechte Form ermittelt werden kann.
Ablauf
Der Anwender definiert
- den zur Verfügung stehenden Bauraum ("in diesem Raumbereich kann das Bauteil sich ausdehnen") und
- den Grad des Materials, der eingespart werden soll ("reduziere um xx Prozent").
In einem iterativen Verfahren wird vom Programm
- das Bauteil in der derzeitigen Ausführung simuliert,
- an den wenig beanspruchten Stellen Material entfernt und an hoch beanspruchten Stellen Materuial hinzugefügt,
- das Bauteil in der geänderten Ausführung simuliert
und diese Folge mehrfach wiederholt. Die Topologie-Optimierung kann so helfen, für komplexe Belastungen oder Bauräume eine belastungsgerechte Form zu finden.
Durch Festlegung von Randbedingungen können Anschlüsse oder Verbindungen zu anderen Bauteilen von der Veränderung ausgespart werden. Dies kann zum Beispiel
- die Auflagefläche eines Flansches oder
- die Bohrung eines Bolzens oder eines Lagersitzes oder
- die Grenzflächen eines Kontaktes zu einem benachbarten Bauteil
betreffen.
Grenzen
Grenzen der Topologieoptimierung ergeben sich dadurch,
- dass manche Formen, die belastungsgerecht sind, nicht gefertigt werden können (aus dem Vollen Fräsen, erodieren,..), dazu müssen bei der Eingabe bzw. Steuerung der Optimierung geeignete Fertigungsrestriktionen festgelegt werden (z.B. "keine Wanddicke weniger als.." oder "keine Löcher" oder "Schrägen für ein Gussteil"),
- dass bei inhomogenem Material (faserverstärkter Werkstoff, geschichteter Werkstoff) die Außenkontur nicht für das Tragverhalten maßgebend ist,
- dass Stabilität (Beulen, Knicken) maßgebend sein kann und
- dass unter manchen Lasten (z.B. thermische Dehnungen) nicht der Grundsatz gilt: "dicker machen reduziert die Spannungen".
