Topologieoptimierung

Eine Stahlplatte, fest eingespannt links, mit der Last auf den äußersten 25 mm rechts. Erlaubt sind 160 MPa und 0,5 mm Verformung, und die Zielmasse liegt unter 100 Gramm bei rund 1000 Gramm Ausgangsmasse. Zuerst das Basisteil vernetzt und auf Verformung und Vergleichsspannung gerechnet, damit später etwas zum Vergleichen da ist.

Bis 75 % Massenreduktion liefert Ansys' Topologieoptimierung ein brauchbares Skelett, darüber hinaus konvergiert sie nicht mehr und erzeugt freischwebende Inseln. Zurück in fertigbare Geometrie musste das Ergebnis ohnehin von Hand, denn das liefert die Optimierung selbst nicht. Version 1 wog 125 Gramm und riss mit 196 MPa die Spannungsgrenze, also wurde die Einspannung von einem durchgehenden Balken auf vier einzelne Lager aufgeteilt. Die meisten der 48 Stände scheiterten genau hier, an der Rückführung in fertigbare Geometrie, nicht an der Rechnung.

Version 48 landet bei 99 Gramm und 159,9 MPa, ein Zehntel Megapascal unter der Grenze, nach 48 CAD-Ständen, jeder exportiert, vernetzt und nachgerechnet. Ob das noch Auslegung ist oder schon Glück, ist eine faire Frage.