Spannungs-gesteuertes Strukturdesign mittels Kraft-induziertem Materialwachstum

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdiger Westermann
• Fachliche Zuordnung: Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409228352

Das zentrale Ziel dieses Antrags ist die Fortsetzung unserer Forschung der letzten drei Jahre in Bezug auf die Anwendung von Kraft-induziertem Materialwachstum für 3D Strukturdesign. Diese Richtungsänderung ist bedingt durch die gewonnene Erkenntnis, dass eine sich den Spannungsverläufen anpassende 3D Gitterstruktur, in der sich an jedem Gitterpunkt exakt eine Haupt-, Neben- und Mittelspannungs-Trajektorie treffen, im Allgemeinen nicht existiert. Deshalb werden wir auf unseren erzielten Resultaten in 2D aufbauen und mittels der Integration einer Spannungs-getriebenen Materialinitialisierung in die Topologie-Optimierung ein 3D Gitter generieren, das den Hauptspannungsrichtungen approximativ folgt. Um dies zu erreichen, stehen wir vor den folgenden Herausforderungen: Da Topologie-Optimierung in 3D die Tendenz hat, Wand- anstatt Träger-ähnliche Strukturen zu formen, müssen geeignete Regularisierungen des Optimierers entwickelt werden. Nachdem ein optimiertes binäres Design generiert wurde, muss diese Struktur mittels Nachverarbeitungs- und Meshing-Operationen in ein konsistentes Mesh überführt werden. Um ein Design mit einer homogenen Verteilung der Gitterelemente und reduzierter Anzahl von Degenerierungen zu generieren, sollen global wirkende Flächenkräfte in der Topologie-Optimierung berücksichtigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jun Wu