Verbesserter Materialeinsatz durch Topologieoptimierung

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Die Strukturoptimierung ist ein ideales Werkzeug, um den optimalen Werkstoffeinsatz bei Tragwerken zu steuern. Als Zielkriterien kommen beispielsweise die geringste Menge von Bewehrungsmaterialien, die Maximierung der Steifigkeit zur Vermeidung von Biegebeanspruchungen bei Schalen, eine Verbesserung des globalen Stabilitätsverhaltens oder die Erhöhung der Duktilität in Frage. Insbesondere die Topologieoptimierung erlaubt den Materialeinsatz dort, wo er für die vorgegebenen Kriterien am besten gebraucht wird. Das vorliegende Vorhaben greift schwerpunktmäßig zwei neuartige Materialtypen heraus, deren Einsatz gegegenwärtig intensiv erforscht wird: Zellulare Materialien, wie z.B. Metallschäume und faserverstärkte Verbundaustoffe, wie z.B. der Textilbeton. Bei den Schäumen ist es das Ziel, die Dichteverteilung durch die Topologieoptimierung zu steuern, in der die Porosität ohnehin als Designvariable auftritt. Bei den Faserverstärkungen kann entweder die Fasernordnung und -menge bei prinzipiell vorgegebener Bewehrungsführung optimiert werden oder das Layout auch erst durch die Topologieoptimierung gefunden werden ("Wo ist die Bewehrung anzuordnen?"). ...