Untersuchungen zur Strukturauslegung im Flugzeugentwurf

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Strukturauslegungsmöglichkeiten die im NASTRAN SOL200 der Fa. MSC Software angewendet werden. Der erste Teil befasst sich mit der Theorie der Strukturoptimierung und den Optimierungsalgorithmen. Der Fokus gilt vor allem der gradientenbasierten nichtlineareren Optimierung, insbesondere der modifizierten Methode der zulässigen Richtung und dem Innere-Punkte-Verfahren. Im zweiten Teil werden die von der MSC Software verwendeten Optimierungsprozeduren hinsichtlich der Robustheit untersucht. Mit Robustheit ist gemeint, dass die Optimierungsprozeduren unabhängig vom Startentwurf unter vorbestimmten Berechnungseinstellungen im lokalen oder globalen Minimum konvergieren. Dazu werden Aufgaben entwickelt, welche zuerst analytisch berechnet und anschließend numerisch mit NASTRAN SOL200 unter verschiedenen Startbedingungen nachgerechnet werden. Der dritte Teil befasst sich sowohl mit der Dimensionierung als auch mit der Optimierung. Die Strukturauslegungsprobleme weisen hier aufgrund höherer Anzahl an Variablen eine höhere Komplexität auf. Neben der Robustheit werden die Effizienz und die Unterschiede zwischen den Strukturauslegungsmethoden untersucht. Abschließend werden alle Ergebnisse zusammengefasst. Außerdem wird eine Aussage zur Eignung der gradientenbasierten Optimierung der NASTRAN SOL200 für automatisierte Optimierungsprozesse der Entwurfsphase getroffen.