Strukturoptimierung in der virtuellen Produktentwicklung (SOP)2.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Structural Optimization in virtual product development)

Lectures:

• • Strukturoptimierung in der virtuellen Produktentwicklung
    (Vorlesung mit Übung, Ralf Meske, Thu, 10:15 - 11:45, CIP-Pool MB Konrad-Zuse-Str. 3, SR TM)

Inhalt:

• Einführung in die Strukturoptimierung

• Mathematische Grundlagen

• Bestimmung von Systemantworten und Sensitivitäten

• Optimierung mit Excel

• Parameteroptimierung mit gradientenbasierten Algorithmen

• Formoptimierung

• Topologieoptimierung

• Globale Approximationsmethoden

• Globale Optimierungsalgorithmen

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• lernen die Grundlagen unterschiedlicher Optimierungsverfahren kennen

• bekommen anhand aktueller Praxisbeispiele aus der Fahrzeug- und Motorenentwicklung Einblick in deren Anwendung

Wissen

• Die Studierenden kennen die unterschiedlichen Methoden zur Strukturoptimierung im Rahmen der virtuellen Produktentwicklung.

• Sie verstehen die mathematischen Grundlagen der unterschiedlichen Optimierungsverfahren.

• Sie erkennen das wirtschaftliche Potential einer optimierungsbasierten Entwicklungsmethodik hinsichtlich Entwicklungszeit und Entwicklungskosten.

Verstehen

• Die Studierenden verstehen die Definition einer Optimierungsaufgabe mit Zielfunktion(en), Nebenbedingungen und Designvariablen.

• Sie können Einschränkungen aus der Fertigung durch passende Fertigungsnebenbedingungen in der Optimierung berücksichtigen.

• Sie verstehen die Möglichkeiten und Einschränkungen der unterschiedlichen Optimierungsverfahren.

Anwenden

• Im Rahmen der Rechnerübung lernen die Studierenden die Anwendung der Berechnungssoftware Abaqus und Optimierungssoftware TOSCA.

• Die Studierenden können die Lerninhalte anhand klar formulierter Übungsaufgaben anwenden und nachvollziehen.

• Sie können einfache Algorithmen in der Programmiersprache Python implementieren.

Analysieren

• Die Studierenden können für unterschiedliche Anwendungsfälle das jeweils am besten geeignete Optimierungsverfahren identifizieren und dessen Vorteile gegenüber anderen Verfahren benennen.

• Sie können eine Abschätzung über die Anzahl an Funktionsauswertungen und der erwarteten Laufzeit des gewählten Verfahrens treffen.

• Sie können beurteilen, wann eine Optimierungslösung Vorteile gegenüber einer ingenieurmäßigen Verbesserung bringt.

• Sie wissen, wie ein Optimierungsergebnis in ein fertigungsgerechtes Design umgesetzt werden kann.

Evaluieren (Beurteilen)

• Die Studierenden können die Ergebnisse verschiedener Optimierungsverfahren kritisch vergleichen, den Einfluss der gewählten Optimierungsstrategie beurteilen und qualifizierte Aussagen über die Güte des Ergebnis und seiner Realisierbarkeit machen.

Erschaffen

• Die Studierenden sind in der Lage, die ihnen bekannten Verfahren für neue Probleme zu adaptieren und zu erweitern.

Literatur:

• L. Harzheim. Strukturoptimierung: Grundlagen und Anwendungen. Harri Deutsch 2014

• M. P. Bendsoe, O. Sigmund. Topology Optimization: Theory, Methods and Applications. Springer 2002

• K.-J. Bathe. Finite-Elemente-Methoden, Springer 2001

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:

1. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Master of Science)
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Master of Science) | Wahlpflichtbereich Technisches Anwendungsfach | Solid Mechanics and Dynamics | Strukturoptimierung in der virtuellen Produktentwicklung)
2. Maschinenbau (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2009w | TechFak | Maschinenbau (Bachelor of Science) | Wahlmodule | Technische Wahlmodule | Strukturoptimierung in der virtuellen Produktentwicklung)
3. Maschinenbau (Master of Science)
   (Po-Vers. 2007 | TechFak | Maschinenbau (Master of Science) | Studienrichtungen Allgemeiner Maschinenbau, Fertigungstechnik, und Rechnergestützte Produktentwicklung | Wahlmodule | Technische Wahlmodule | Strukturoptimierung in der virtuellen Produktentwicklung)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Strukturoptimierung in der virtuellen Produktentwicklung (Prüfungsnummer: 830632)

(englischer Titel: Strukturoptimierung in der virtuellen Produktentwicklung)

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet, 2.5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2019/2020, 1. Wdh.: SS 2020

1. Prüfer:

Paul Steinmann