Die Arbeitsgruppe Strukturoptimierung im Leichtbau wurde 2016 ins Leben gerufen. Sie ist Teil des Exzellenzkollegs der TUHH und durch Airbus kofinanziert. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit
– probabilistischen Analysen, und
– Entwurfsoptimierung
von Leichtbaustrukturen, insbesondere
– additiv gefertigte Strukturen („3D-gedruckt“), und
– Faserverbund-Bauteile
Faserverbundstrukturen bieten aufgrund ihres schichtweisen Aufbaus ein großes Optimierungspotential im Hinblick auf Gewichtseinsparungen. Noch mehr Entwurfsfreiraum bieten additive Fertigungsverfahren („3D-Drucken“), da sich damit auch extrem komplexe Formen herstellen lassen. Diese Entwurfsfreiheit wird durch Methoden der Topologieoptimierung ausgenutzt, durch die im Entwurf nur dort Material vorgesehen wird, wo es tatsächlich benötigt wird. Hochoptimierte Strukturen wie Verbundwerkstoff-Laminate oder topologisch optimierte Strukturen neigen zur einer erhöhten Sensitivität bezüglich Abweichungen von der Idealstruktur, wie beispielsweise Fertigungsfehler und streuende Materialeigenschaften.
In der Arbeitsgruppe SOL werden probabilistische Analysen entwickelt, mit denen die stochastische Streuung der Bauteileigenschaften (insbesondere der Tragfähigkeit) vorhergesagt werden kann. Diese Streuung wird durch streuende Eigenschaften der Struktur wie Materialparameter, Abmessungen und Defekte hervorgerufen, welche effizient, mathematisch beschrieben werden müssen. Durch Einbettung solcher Verfahren in die Entwurfsoptimierung lässt sich die Sensitivität der Struktur berücksichtigen. Ziel ist es, Leichtbau-Strukturen so zu optimieren, dass ihr Gewicht reduziert und gleichzeitig Robustheit und Zuverlässigkeit erhöht werden.