Topologieoptimierung

Die Topologieoptimierung ist ein computerbasiertes Verfahren, durch welches eine günstige Grundgestalt (Topologie) für Bauteile unter mechanischer Belastung berechnet werden kann. Sie wird im Bauingenieurwesen, der Luft- und Raumfahrttechnik, im Automobil- und Fahrzeugbau und in anderen Sparten des Maschinenbaus eingesetzt. Auf Grund des Top-Down-Ansatzes zur Reduktion nicht benötigten Materials, ist die Topologieoptimierung verwandt mit der Bionik, die sich mit der Nachahmung der Natur beschäftigt.

Ausgangspunkt des Verfahrens ist ein geometrischer Körper, welcher den Raum darstellt, der für das zu entwickelnde Bauteil maximal zur Verfügung gestellt werden soll. Dieser Körper wird als „Bauraum“ bezeichnet. Die Berechnung zeigt auf, welche Partien des Bauraums mit Werkstoff belegt werden sollen.

Für den Berechnungsablauf muss wiederholt die Beanspruchungsverteilung im Bauraum bestimmt werden. Dazu setzen Programme zur Topologieoptimierung heute üblicherweise die Finite-Elemente-Methode (FEM) ein. Während einige Implementierungen eigene Module für die FEM-Berechnung enthalten, ist für andere die Einbindung eines externen FEM-Programms erforderlich.

Bei der Modellierung der zu optimierenden Struktur wird weiterhin zwischen kontinuierlicher und diskreter Topologieoptimierung unterschieden.