Thermodynamische Topologie Optimierung

Am Institut für Kontinuumsmechanik (IKM) bildet die Thermodynamische Topologie Optimierung (TTO) einen der vielen Forschungsschwerpunkten. Hierbei werden die Geometrie (Topologie) sowie (lokale) Materialeigenschaften von Strukturen hinsichtlich gegebener Randbedingungen bzw. Belastungsfälle optimiert. Die numerische Analyse des Randwertproblems, unter anderem mittels Finite Elemente und/oder virtuelle Elemente Methode, ist dabei essentiell. Dementsprechend werden am IKM verschiedenste numerische Verfahren erprobt, um möglichst stabile und zugleich berechnungseffiziente Verfahren zu entwickeln.

Die Schwerpunkte der TTO gliedern sich in mehrere Disziplinen. Anhand des Materialverhaltens lassen sich bereits zahlreiche Anwendungen ableiten. Am IKM werden hyperelastische, plastische und anisotrope Materialien, wie faserverstärkte Materialien mit richtungsabhängigen Eigenschaften sowie unterschiedlichen Eigenschaften bei Zug- und Druckbelastung, in die TTO einbezogen. Dabei ist auch die Kombination mehrerer Materialien möglich. 

Nicht zuletzt findet die TTO an unserem Institut auch ihre Anwendung in der additiven Fertigung. Dadurch lassen sich zum einen simulierte Strukturen mit einem realen Experiment vergleichen. Zum anderen können aber auch Fertigungsrestriktionen innerhalb der unterschiedlichen additiven Fertigungsverfahren vor Ort analysieren und mit in die TTO integrieren lassen.