Weltweit waren 1997 über 480 Millionen Autos in Betrieb, mit stark steigender Tendenz. Angesichts des Trends zu immer üppiger ausgestatteten und dadurch schwereren Fahrzeugen auf der einen Seite und der Problematik der Ressourcenknappheit und des Umweltschutzes andererseits scheint eine Gewichtsreduktion dringend geboten. Die Fahrzeugkarosserie besitzt den größten Einfluss auf die Sicherheit der Insassen und hat mit 25%-30% (ohne Glas und Stoßfänger) den größten Anteil am Gesamtgewicht eines Automobils. Sie ist daher ein lohnendes Ziel um sowohl Steifigkeit als auch Gewicht zu optimieren.
Evolutionäre Algorithmen simulieren das Prinzip der Evolution (Weitergabe des Erbguts über Generationen, Mutation, Selektion etc.) und sind gut geeignet, komplexe mehrdimensionale Probleme zu lösen bzw. eine hinreichend gute Lösung zu ermitteln. Im Falle von mehreren berücksichtigten Zielgrößen gibt es in den seltensten Fällen eine Lösung, die alle Repräsentationen in allen Kriterien dominiert. Stattdessen existieren meistens mehrere Pareto-optimale Lösungen, unter denen der Benutzer anhängig von seinen Präferenzen eine Entscheidung trifft. Im Rahmen dieses Praktikums soll nun überprüft werden, inwieweit dieser Lösungsansatz auf Konstruktionsprobleme des Automobilbaus angewendet werden kann und ob dieses Verfahren Vorteile gegenüber den "klassischen" Konstruktionsmethoden aufweist.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1 Zielsetzung
- 1.2 Überblick
- 1.3 Grundlagen der Evolutionären Algorithmen
- 1.4 Grundlagen der Finite-Elemente-Methode (FEM)
- 2. Verwendete Komponenten
- 2.1 Modellbildung mit GiD 7.2
- 2.2 Bewertung mit Impact 0.5.2b
- 2.3 Evolvierung mit ECJ 12
- 2.4 Eigene Komponenten
- 2.5 Veränderte Impact-Komponenten
- 3. Durchgeführte Experimente
- 3.1 Genetischer Algorithmus mit direkter Repräsentation
- 3.2 Genetischer Algorithmus mit Polynomrepräsentation
- 3.3 Evolutionsstrategie mit Spiegelung
- 3.4 Evolutionsstrategie mit Spline-Interpolation
- 3.5 Evolutionsstrategie mit gewölbtem Werkstück
- 3.6 Evolutionsstrategie mit Mutationsschrittweitenregulierung
- 3.7 Alternative Materialien
- 3.8 Mehrzieloptimierung
- 4. Fazit
- 4.1 Zusammenfassung der Ergebnisse
- 4.2 Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Das Praktikum untersucht die Anwendbarkeit von evolutionären Algorithmen auf Konstruktionsprobleme im Automobilbau. Ziel ist es, die Machbarkeit der Methode anhand eines einfachen Modells eines Metallstreifens zu demonstrieren und die Eignung von Softwarepaketen für diese Aufgabe zu analysieren.
- Einsatz von evolutionären Algorithmen zur Optimierung von Automobilteilen
- Vergleich der Methode mit traditionellen Konstruktionsmethoden
- Analyse von verschiedenen Repräsentationen und Optimierungsansätzen
- Bewertung der Steifigkeit und des Gewichts von Konstruktionsteilen
- Entwicklung und Anwendung von geeigneten Softwaretools
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung stellt das Thema des Praktikums vor und erläutert die Bedeutung von Gewichtsreduktion im Automobilbau. Sie führt die Grundlagen der evolutionären Algorithmen und der Finite-Elemente-Methode ein. Kapitel 2 beschreibt die Softwarekomponenten, die für die Optimierung verwendet werden. Kapitel 3 präsentiert verschiedene durchgeführte Experimente mit unterschiedlichen Algorithmen, Repräsentationen und Materialien. Das Fazit fasst die Ergebnisse der Untersuchungen zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten.
Schlüsselwörter
Evolutionäre Algorithmen, Finite-Elemente-Methode, Automobilbau, Gewichtsoptimierung, Steifigkeit, Konstruktion, Softwaretools, Modellbildung, Optimierungsansätze, Repräsentation, Mehrzieloptimierung, Materialwahl.
- Arbeit zitieren
- Carsten Krüger (Autor:in), 2005, Optimierung von Automobilteilen mit Hilfe von evolutionären Algorithmen und der Finite-Elemente-Methode, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/67380
