Fertigungsgerechte Faserverbundoptimierung mit der Lastpfadmethode

In dieser Arbeit wird ein Optimierungswerkzeug für die Konzeptphase entwickelt, dass die Optimierung des Laminats mit der Berücksichtigung von Fertigungsrestriktionen für die Multiaxialgelegemaschine mit Kettfadenversatzeinheit ermöglicht. Das Verfahren erlaubt eine hohe Ablagerate bei lokaler Faserorientierung und ist damit prädestiniert für die automobile Großserie. Als Startentwurf für die Optimierung des Laminats werden die Lastpfade der Struktur berechnet und über ein Auswahlverfahren auf die gewünschte Anzahl eingestellt. Dies geschieht durch eine Kombination von Gestaltungsregeln und Fertigungsrestriktionen. Das Verfahren wird analysiert und daraus werden die relevanten Restriktionen extrahiert. Die Herstellbarkeit des Ablagemusters wird über ein separates Optimierungswerkzeug gewährleistet. Die Kopplung des Ablagemusters und der Optimierung des Laminats erfolgt über den Linienschwerpunkt und die Bestrafung der Sensitivitäten. Die Optimierung des Laminats basiert auf der Topologieoptimierung nach der Dichtemethode. Die Zielfunktion entspricht den Laminatkosten. Als Restriktionen stehen die Steifigkeit und Festigkeit zur Verfügung. Entwurfsvariablen sind die Lagendicken, die Faserwinkel und die Faservolumenanteile. Die Lastpfadmethode wird abschließend der Topologieoptimierung gegenübergestellt und die Auswirkung von Parametern, wie den Faserkosten, wird diskutiert. Das Verfahren wird genutzt, um ein Laminat eines Leichtbausitzes zu optimieren, dabei wird eine deutliche Kosten- und Massenreduktion erzielt.