Probabilistische Analyse & Entwurfsoptimierung additiv gefertigter Gitterstrukturen

Abbildung. Probabilistische Analyse & Entwurfsoptimierung additiv gefertigter Gitterstrukturen. Photo: TUHH/S. Drücker

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen die Herstellung komplexer Strukturen, welche individuell an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden können. Ein Beispiel dafür sind Gitterstrukturen, welche vergleichsweise hohe Steifigkeiten bei niedrigem Gewicht erzielen. Gleichzeitig weisen sie eine relativ große Energieabsorbtion auf und reagieren somit weniger anfällig auf unvorhergesehene Belastungen. Anwendung finden solche Strukturen im Leichtbau, wo durch das verringerte Gewicht Ressourcen geschont werden und damit ökologische und ökonomische Vorteile entstehen. Jedoch sind diese Strukturen sensitiv gegenüber Abweichungen von der idealen Geometrie, sowie Streuung der Materialparameter, welche wiederum von der Güte des Fertigungsverfahrens abhängen. Diese Imperfektionen haben einen maßgeblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften und sollten bereits beim Entwurf derartiger Strukturen mithilfe probabilistischer Verfahren berücksichtigt werden.

Das ZHM fördert ein Projekt, welches von Doktoranden der Arbeitsgruppe Strukturoptimierung im Leichtbau und dem Institut für Kunststoffe und Verbundwerkstoffe der TUHH initiiert wurde. Dadurch können Synergien aus Erfahrungen in der additiven Fertigung von Gitterstrukturen und der mechanischen Charakterisierung von Kunststoffen, sowie der probabilistischen Analyse und der Entwurfsoptimierung genutzt werden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist ein Simulationsmodell zu generieren und mithilfe von Experimenten zu validieren. Dieses soll in der Lage sein, nicht nur das komplexe mechanische Verhalten additiv gefertigter Gitterstrukturen abzubilden, sondern auch die Streuung der Eingangsgrößen (Material und Geometrie) zu berücksichtigen. Somit ermöglicht das Modell eine Auslegung von komplexen Bauteilen, die robust gegenüber Streuungen bedingt durch das Fertigungsverfahren und die Materialeigenschaften sind.