Heutige Strukturen erfordern optimierte Bauweisen, welche bei Berücksichtigung der Lasten ein reduziertes Gewicht aufweisen und dabei auf eine Kostenabsenkung bei Produktion und Betrieb abzielen. Zur Erreichung diese Ziels spielen Optimierungsprozesse eine entscheidende Rolle im Auslegungsprozess von komplexen Strukturen.
Förderung: DFG
Laufzeit: 2021-2024
Team: L. Reichert, P. Horst, S. Heimbs
In der Topologieoptimierung versteifter Leichtbaustrukturen, wie z. B. eines Flugzeugrumpfes, werden einzelne Versteifungslayouts hinsichtlich ihrer Masse und Herstellkosten bewertet. Für diese Bewertung werden detaillierte Strukturdaten als Basis benötigt, die besonders für unkonventionelle Topologien, abweichend von einer konventionellen Stringer-Spant-Bauweise, nicht ohne hohen Rechenaufwand zur Verfügung stehen. Zusätzlich ergeben sich bei unkonventionellen Topologien größere Einschränkungen durch den Aspekt der Herstellbarkeit und Herausforderungen in der Kostenbestimmung. Unkonventionelle Versteifungstopologien versprechen, zumindest partiell eingesetzt, Vorteile bezüglich der Masse, die aber unter Umständen durch Kostennachteile relativiert werden müssen.
Das Vorhaben OptiFee folgt der Forschungshypothese, dass unkonventionell versteifte Strukturen auch ohne eine detaillierte konstruktive Ausgestaltung hinsichtlich Masse, Herstellkosten und Herstellbarkeit bewertbar sind und somit der Einsatz einer Layout-Topologieoptimierung erstmals im Vorentwurf möglich wird. Daraus abgeleitet ist das Hauptziel des Vorhabens die Entwicklung und Erforschung einer zweistufigen, integrierten Methode zur Bewertung unkonventioneller Versteifungstopologien hinsichtlich ihrer Masse und Herstellkosten unter Berücksichtigung von Herstellbarkeitskriterien. Dafür sollen Strukturen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) betrachtet werden. Bedingt durch die aktuell sehr hohen Fertigungskosten in diesem Bereich ist die Optimierung von Strukturen hinsichtlich Masse und Kosten besonders relevant. Als Anwendungsbeispiel soll eine Flugzeugrumpfstruktur dienen. Der angestrebte Erkenntnisgewinn besteht in den Zusammenhängen und Wechselwirkungen zwischen nicht detailliert auskonstruierten Versteifungslayouts im frühen Vorentwurf und deren Strukturmasse, Herstellkosten und Herstellbarkeit.
Institut für Flugzeugbau und Leichtbau
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