 | Köke H. Form- und Materialoptimierung von Faserverbundstrukturen: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, Braunschweig. – Köln: DLR, 2014. - VIII, 139, IX-XXXIX S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2014-16). - Literaturverz: S.IX-XIV. - ISSN 1434-8454
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Kurzreferat ..................................................... I
Abkürzungsverzeichnis .......................................... VI
Formelzeichen ................................................. VII
1 Einleitung ................................................... 1
2 Motivation ................................................... 5
2.1 Besonderheiten von Faserverbundmaterialien .............. 5
2.2 Berücksichtigung der Materialeigenschaften innerhalb
der Konzeptphase ........................................ 9
3 Optimierungsmethoden innerhalb der Produktentwicklung ....... 13
3.1 Strukturoptimierung .................................... 15
3.1.1 Topologieoptimierung ............................ 15
3.1.2 Shape und Sizingoptimierung ..................... 22
3.2 Faserkunststoffverbundspezifische
Optimierungsansätze .................................... 25
3.3 Drapiersimulation ...................................... 30
3.4 Fazit des Standes der Technik .......................... 35
4 Hauptdehnungsgesteuerte Topologieoptimierung ................ 37
4.1 Einführung in den BESO Algorithmus ..................... 37
4.1.1 Präprozessor .................................... 38
4.1.2 Postprozessor ................................... 50
4.2 Der iterative Optimierungsablauf ....................... 51
4.3 Implementierung der Elementaktivierung und
Deaktivierung .......................................... 54
4.4 Vergleich des flächigen und des voluminösen
Wachstums .............................................. 60
4.5 Ergebnisse des Vergleiches SIMP-BESO ................... 62
4.5.1 Fall A - Einfaches Kragarmmodell ................ 63
4.5.2 Fall В - Begrenztes Kragarmmodell ............... 67
4.6 Fazit gesteuertes Wachstum ............................. 70
5 Integration von richtungsabhängigen Steifigkeiten in
die Optimierung ............................................. 71
5.1 Auswirkung der Materialkomposition auf die
Topologieoptimierung ................................... 72
5.2 Versteifung in Hauptdehnungsrichtung ................... 76
5.2.1 Ausrichtung der Materialsteifigkeiten anhand
des Hauptdehnungszustands ....................... 77
5.2.2 Anpassen der Laminataufbauten an den
Hauptdehnungszustand ............................ 81
5.3 Erweiterung auf den 3D Verzerrungszustand .............. 85
5.3.1 Auswirkung der Materialkomposition auf die
Topologieoptimierung für den räumlichen
Verzerrungszustand .............................. 86
5.3.2 Berechnen der erforderlichen Rotationswinkel .... 90
5.3.3 Anpassen der Laminataufbauten an den
Verzerrungszustand .............................. 97
5.4 Vergleich mit isotropem Material ....................... 99
5.5 Fazit der Integration von richtungsabhängigen
Steifigkeiten ......................................... 103
6 Integration der Umformeigenschaften von Faserhalbzeugen
in die Formoptimierung ..................................... 105
6.1 Einführung in Raumkurven .............................. 105
6.2 Anwendung von Raumkurven auf mögliche
Fasertrajektorien ..................................... 108
6.2.1 Nötige Vorbetrachtungen für die
Berücksichtigung von Umformgrenzen eines
Halbzeuges ..................................... 109
6.2.2 Berechnen einer Reihenfolge für die
Ausrichtung .................................... 110
6.2.3 Sequentielles Ausrichten der virtuellen
Laminatebene entlang einer Raumkurve ........... 113
6.2.4 Eingrenzen der Raumkurvenänderungen ............ 117
6.3 Visualisierung der Materialausrichtung ................ 122
6.4 Grundannahmen der Raumkurvenberechnung ................ 125
6.5 Einfluss des Ormotropiegrades des Materials auf die
Fasertrajektorien ..................................... 132
6.6 Fazit der Integration von Umformeigenschaften ......... 136
7 Zusammenfassung und Ausblick ............................... 137
7.1 Zusammenfassung ....................................... 137
7.2 Ausblick .............................................. 139
Literaturverzeichnis ........................................... IX
Anhang ......................................................... XV
Abbildungsverzeichnis ....................................... XXXII
Tabellen Verzeichnis ...................................... XXXVIII
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