Leichtbau-Optimierung an Wabenkreisplatten nach Vorbild von Diatomeen


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robert.naguschewski [ at ] awi.de

Abstract

Die von Unregelmäßigkeiten geprägte Zellhüllenstruktur einer runden Diatomee diente als Inspiration zur Erzeugung eines parametrisch aufgebauten Modells, dessen Form mathematisch über Voronoi-Diagramme berechnet und anhand von sieben Variablen gesteuert wird. Mithilfe eines Kommunikationsskriptes wurde die Konstruktion und Finite-Elemente-Analyse von Wabenkreisplatten, deren Durchbiegung unter einem beispielhaften Lastfall simuliert wurde, automatisiert. Mit der Adaptive Response Surface Method (ARSM) und einem genetischen Algorithmus kamen zwei stochastische Optimierungsstrategien zum Einsatz, um die Plattenmasse bei einer definierten, maximalen Durchbiegung zu minimieren. Anhand der Optimierungsergebnisse konnten zwei Versteifungsmechanismen ermittelt werden: die Ausbildung eines Gradienten, der dickere Wabenwände im Zentrum als im Randbereich der Wabenkreisplatte erzeugt, sowie die Verringerung der Wabengröße in der Plattenmitte, welche dort eine dichtere Verstrebung hervorruft. Im Vergleich zu massengleichen Wabenkreisplatten, die aus regelmäßigen Sechsecken mit einem den Wabengrößen der optimierten Modelle entspre- chenden Äquivalenzradius bestehen, erfahren die Optimierungsergebnisse der ARSM und des genetischen Algorithmus eine um 5,2 bzw. 9,4 % geringere Durchbiegung. Somit erschließen diese mit bionischen Ansätzen erstellten, optimierten Strukturen ein breites Anwendungsfeld als Leichtbauplatten oder Plattenversteifungen, die auf individuelle Lastfälle angepasst werden können.



Item Type
Thesis (Bachelor)
Authors
Divisions
Primary Division
Programs
Primary Topic
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Not peer-reviewed
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Published
Eprint ID
38270
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Naguschewski, R. (2012): Leichtbau-Optimierung an Wabenkreisplatten nach Vorbild von Diatomeen , Bachelor thesis, Hochschule Bremen, AWI.


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