Entwicklung einer datengetriebenen prozessgerechten Geometrieoptimierung für den Sand- und Kokillenguss aus Aluminium

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist eine Methodik zur interaktiven, datengetriebenen Geometrieoptimierung von Gussbauteilen. Mit Hilfe dieser Methodik wird die Möglichkeit geschaffen, last-optimale Bauteilstrukturen zu erzeugen, wobei die Anforderungen des Gießprozesses bereits während der Strukturoptimierung berücksichtigt werden. Dabei wird die Gestaltungsfreiheit mit zunehmender Geometriedefinition sukzessive reduziert. Es entsteht demnach ein trichterartiger Optimierungsworkflow, wie in unten stehender Abbildung gezeigt, bei dem zu Beginn die größtmögliche Gestaltungsfreiheit gegeben ist und anschließend auf Basis der Wechselwirkung zwischen Strukturoptimierung und Gießprozess der Parameterraum reduziert wird und dadurch die Optimierungs-schleifen effizienter werden.

Hierdurch lassen sich einerseits die Zeiten im Entwicklungsprozess verkürzen und andererseits – im Gegensatz zum Vorgehen mit getrennter Strukturoptimierung und Prozessauslegung – Bau-teile nahe am lastgerechten Optimum erzeugen. Dieses Forschungsvorhaben erweitert den bisherigen Stand der Wissenschaft durch eine Integration des Erstarrungsverhaltens in die Strukturoptimierung, wobei die Bewertung des Erstarrungsverhaltens durch geometrische Modelle er-folgt, welche einen erheblich geringeren Rechenaufwand aufweisen als physikalische Simulationen, die auf numerisch aufwändig zu behandelnden partiellen Differentialgleichungen basieren. Ein wesentlicher Teil des Arbeitsaufwands stellt die Rückführung und Nachkonstruktion von Geometrien in unterschiedliche Softwaretools dar. Daher sollte in diesem Projekt untersucht werden, wie die Geometrie anhand Subvolumina ohne die Zuhilfenahme manueller Nachkonstruktion beschrieben werden kann, um dadurch ein Bindeglied zwischen Analytik und Numerik zu schaffen.

Ansprechpartner: Felix Hartwig, M.Sc.