Ulmer Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (UZWR)
Universität Ulm
Helmholtzstr. 20
89081 Ulm
Dozenten:
Dr.-Ing. Ulrich Simon
MSc Matthias Kost
Die Übungsaufgaben, Materialien, kleine Tests und Musterlösungen werden nicht mehr hier auf der Homepage, sondern auf einer
zur Verfügung gestellt. Für den Zugang ist dort eine Anmeldung mit Kennwort erforderlich, das beim ersten Termin bekanntgegeben wird.
Die Übungsaufgaben hier unten auf der Seite sind lediglich eine ältere Auswahl zur groben Orientierung.
Ein guter Handwerker haut die Nägel nicht mit der Kombizange in die Wand. Eines der wichtigsten Fähigkeiten bei (eigentlich: vor) der Benutzung von Software ist es, zur jeweiligen Fragestellung die richtige Software auswählen zu können. Dazu aber braucht es auch etwas Erfahrung. Auf der einen Seite muss man wissen, was es für Werkzeuge gibt und wie sie funktionieren, auf der anderen Seite muss man in der Lage sein, die Aufgabenstellungen zu erkennen, zu unterscheiden und einzuteilen. Dann erst kann man die passenden Werkzeuge zur Aufgabe auswählen.
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In einer iterativen Schleife können FE-Analysen so ausgeführt werden, dass ein Umbau des zu optimierenden Objektes in Abhängigkeit des lokalen Beanspruchungszustands (Beanspruchung = Spannung und/oder Dehnung) des Systems automatisch vorgenommen wird. Z.B. kann man den E-Modul jedes einzelnen FEs erhöhen, wenn die Beanspruchung besonders hoch ist und entsprechend vermindern, wenn an einer bestimmten Stelle kein oder kaum Material notwendig ist. So wurden die im Beispiel (Bild) die Ecken des Designraums oben links und rechts mit einem sehr geringen E-Modul (blau) erzeugt. Der Torbogen dagegen, der stark mit Zugspannungen beansprucht wird, hat ein hohes E-Modul bekommen (rot). Solche Algorithmen werden oft der Natur nachempfunden (vgl. Bionik, Knochenumbau = Remodeling oder Baumwachstum)
Algorithmen, die nach diesem Muster arbeiten, sind in der Lage innerhalb eines Designraums eine "optimale" Struktur zu finden, bei der das Bauteil mit relativ wenig Materialeinsatz eine relativ große Steifigkeit und/oder Festigkeit besitzt. Auf diese Weise kann der Ingenieur neue organisch aussehende Leichtbau-Strukturen erzeugen und ggf. unter Verwendung moderner "additiver Fertigungsverfahren" (3D-Druck) herstellen.
Beispiel für ein Ansys-APDL-Script zur Gestaltoptimierung einer Lochplatte:
Siehe auch Gestaltoptimierungsaufgabe zur UZWR-Vorlesung "MSM/Downloads zu den Übungen")
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