Die Arbeitsgruppe Strukturoptimierung im Leichtbau beschäftigt sich im Rahmen von REGIS mit der Optimierung von Flugzeugstrukturen mit dem Ziel der Gewichtsreduktion bei gleichzeitiger Erhöhung der Robustheit.

ALM-Strukturen werden oft auf Basis einer Topologieoptimierung entworfen. Ziel dabei ist es, nur da Material einzusetzen, wo es benötigt wird. Dieses Verfahren wurde in der Luftfahrtpraxis bisher ausschließlich auf Sekundärstrukturen angewendet, da die Frage der Ermüdung und Schadenstoleranz additiv gefertigter Strukturen noch Gegenstand der Forschung ist. Eine Möglichkeit Schadenstoleranz nachzuweisen ist die redundante Auslegung der Struktur, sodass beim Wegfall eines Lastpfades die Struktur weiterhin in der Lage ist, der Belastung standzuhalten. Um eine Struktur ausfallsicher zu machen, wird entweder der in der Topologieoptimierung vorgegebene Volumenanteil erhöht oder die vorhandenen Versteifungen in der Bemessung aufgedickt. Beides führt zu einem nicht optimalen, schweren Entwurf. Existierende Methoden, die Ausfallsicherheit in der Optimierung zu berücksichtigen, erfüllen im Ergebnis diese Anforderung nicht und/oder sind extrem rechenintensiv und daher nicht auf Modelle von Großstrukturen anwendbar. Ziel der Arbeiten der Arbeitsgruppe SOL ist daher die Entwicklung und Implementierung einer Methode, die die Forderung nach Ausfallsicherheit durch redundante Lastpfade in der Topologieoptimierung berücksichtigt und so einen in dieser Hinsicht optimalen Entwurf liefert.

Da sich Großstrukturen nur realisieren lassen indem mehrere Bauteile gefügt werden, ergibt sich auch hier zusätzlicher Entwurfsfreiraum, der genutzt werden kann, um Gewicht zu reduzieren. An Fügestellen entstehen Spannungskonzentrationen, die durch einen optimierten Entwurf des Verbindungselements reduziert werden können. Dadurch lassen sich oft notwendige Verstärkungen der gefügten Bauteile vermeiden. Daher soll eine Methode entwickelt und implementiert werden, mit der sich ein Verbindungsstück so optimieren lässt, dass es selbst und die verbundenen Bauteile bei möglichst geringem Gewicht zulässige Spannungen nicht überschreiten.

• Ansprechpartner: Olaf Ambrozkiewicz
  
• Laufzeit: 01/2018-12/2021
• Gerfördert durch: BMWi im Rahmen von LuFo V-3
• Federführung: Airbus