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Problemlösung mit nichtlinearer Optimierung


Problemstellung


Ein Energieabsorber (Crashelement) hat bei einem Crashtest versagt. Es soll ein verbesserter Absorber entwickelt und auf eine möglichst hohe Energieaufnahme optimiert werden. Neben den Randbedingungen (maximale Verformung und Bauraum) sollte es dabei nicht zu einem plötzlichen Versagen kommen. Die Belastungen sind aus der Crashberechnung und den Versuchen gegeben.


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Lösung mit Hilfe einer nichtlinearen Optimierung



Um schnell ein geeignetes Konzept zu finden wurde auf die Methoden der nichtlinearen Optimierung zurückgegriffen. Dazu wurde ein schnellrechnendes 3D-Balkenmodell eingesetzt, welches die reale Struktur nachbildet. Es wurde geometrisch nichtlinear mit einer realen Spannungs-Dehnungs-Kurve gerechnet.

An diesem Modell wurde die Grundgeometrie des Absorbers optimiert. Dabei wurden die Balkenkurve (Spline) und der Balkenquerschnitt von einer Optimierungssoftware systematisch verändert. Aufgrund des vereinfachten Modells konnten hier schnell viele mögliche Varianten vom Optimierer untersucht werden. Durch die Optimierungssoftware wurde Anhand von festgelegten Kriterien die optimale Geometrie des Crashelementes ausgewählt.

Der dafür nötige Zeitaufwand lag deutlich unter dem einer vielfach noch üblichen, manuellen Optimierung.

Das Ergebnis der Optimierung am Balkenmodell wurde in ein 3D-CAD-Modell überführt, durch eine Kontrollrechnung verifiziert und kleine Detailverbesserungen durchgeführt. Das neue Crashelement wurde anschließend in einer hochdynamischen Versuchsreihe überprüft. Die Ergebnisse entsprachen mit wenigen Prozenten Abweichung der Vorhersage. Mit geringem Aufwand konnte ein neues Crashelement mit optimalem Verhalten entwickelt werden.


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