Anisotrope Material- und Topologieoptimierung unter Berücksichtigung mehrachsiger Spannungszustände

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Das Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) GmbH ist eine der weltweit führenden Einrichtungen auf dem Gebiet der Verbundwerkstoffe. Wir erforschen die gesamte Wertschöpfungskette der Verbundwerkstoffe von den wissenschaftlichen Grundlagen bis zum Bauteil. Zum nächstmöglichen Termin schreiben wir folgende studentische Arbeit aus:

Diplom- oder Masterarbeit mit dem Titel

Anisotrope Material- und Topologieoptimierung unter Berücksichtigung mehrachsiger Spannungszustände

Die Topologieoptimierung ist ein Werkzeug für die Auslegung von Leichtbau-Komponenten. Viele kommerzielle Optimierer sind hierbei jedoch nicht in der Lage, anisotrope Materialeigenschaften – wie sie z. B. in FaserKunststoff-Verbund (FKV) vorliegen – zu berücksichtigen. Eine Möglichkeit zur Topologieoptimierung von Bauteilen aus FKV besteht darin, die Faserorientierungen simultan zur Topologieoptimierung zu optimieren, indem die Orientierung innerhalb eines Elements in jedem Iterationsschritt an die Richtung der größten Hauptspannung angepasst wird. Eine Problematik bei diesem Vorgehen stellt jedoch die Gestaltung der Faserorientierung innerhalb von Kreuzungsstellen dar. Hier liegen in der Regel mehrachsige Spannungszustände vor, für welche eine unidirektionale Faserorientierung in Richtung der größten Hauptspannung häufig kein geeignetes Design darstellt. Im Rahmen dieser Arbeit soll daher ein bereits vorhandener Algorithmus für die Material- und Topologieoptimierung dahingehend erweitert werden, dass mehrachsige Spannungszustände identifiziert und hierfür bereits in der anisotropen Topologieoptimierung ein geeigneter Designvorschlag für die Faserorientierungen in Bereichen mit einem mehrachsigen Spannungszustand erzielt wird.

Inhalte der Arbeit:

Im Rahmen dieser Arbeit recherchieren Sie zunächst den Stand der Technik bezüglich der anisotropen Topologie- und Materialoptimierung, insbesondere unter Berücksichtigung mehrachsiger Spannungszustände und multidirektionaler Faserorientierungen. Hierbei identifizieren und erarbeiten Sie geeignete Ansätze, um mehrachsige Spannungszustände und die benötigten multidirektionalen Faserorientierungen in der Topologie- und Materialoptimierung zu berücksichtigen. Sie erweitern einen bereits vorhandenen Optimierungsalgorithmus indem Sie Ihre Ansätze zur Berücksichtigung der mehrachsigen Spannungszustände in diesen implementieren. In der Folge nutzen Sie einfache Optimierungsbeispiele um Ihre Implementierungen zu testen und zu validieren und mit bisherigen unidirektionalen Topologie- und Materialoptimierungen zu vergleichen.

Ihr Profil:

  • Technisches oder naturwissenschaftliches Studium
  • Kenntnisse in Python und ABAQUS vorteilhaft
  • Eigeninitiative und hohe Einsatzbereitschaft
  • Selbstständige Arbeitsweise
  • Offene Kommunikationsweise und Zuverlässigkeit

Prinzip des Nassfaserlegens (oben) und schematische dreidimensionale Ablage (unten)

Kontakt

Dipl.-Ing.

Maximilian Eckrich

Wiss. Mitarbeiter Digitalisierte Prozess- & Materialentwicklung