Thermodynamische Topologieoptimierung zur Berücksichtigung dissipativer Materialeigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Philipp Junker
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418728303

Das Verfahren der Topologieoptimierung bestimmt die Geometrie eines Bauteils so, dass es gegebenen äußeren Lasten einen maximalen Widerstand bspw. gegen Verformungen entgegensetzt. Dabei existieren unterschiedliche Ansätze, die zumeist einen mathematischen oder heuristischen Hintergrund haben. Im beantragten Forschungsvorhaben soll ein Verfahren aus dem Bereich der Materialmodellierung so angepasst und erweitert werden, dass parallel zur Topologieoptimierung auch komplexe Materialeigenschaften wie inelastische Dehnungsanteile berücksichtigt werden können. Dies erlaubt, das konkrete Materialverhalten, das sich zumeist durch Änderungen der zugrundeliegenden Mikrostruktur auszeichnet, bereits während des Optimierungsprozesses akkurat zu berücksichtigen. Auf diese Weise wird das Potential des Materials voll ausgeschöpft und die Optimierung nicht allein hinsichtlich der makroskopischen Struktureigenschaften sondern auch hinsichtlich der mikroskopischen Materialeigenschaften durchgeführt. Da es sich bei den Änderungen der Mikrostruktur um dissipative Prozesse handelt, werden im beantragten Forschungsvorhaben zwei unterschiedliche Verfahren zur Modellierung einander gegenübergestellt und die Ergebnisse miteinander verglichen. Das eine Verfahren minimiert die konservativen plus dissipativen Energieanteile; das andere Verfahren maximiert die Dissipation. Beide Verfahren berücksichtigen somit die dissipativen Effekte der Entwicklung von Mikrostrukturen während der Optimierung. Welches Verfahren aber das "bessere" ist, ist in der Vorausschau nicht bestimmbar und wird in diesem Forschungsvorhaben untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen