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Optimierung von Faserverbundpanelstrukturen unter Verwendung eines modifizierten Ameisenkoloniealgorithmus

Zusammenfassung
Ziel dieser Arbeit ist es für verschiedene Schub/Druck Lastkombinationen die jeweils
optimalen Faserverbundpanelstrukturen zu finden. Als Grundlage hierfür dient ein
zur Strukturoptimierung modifizierter Ameisenalgorithmus (Str-ACO), wobei ein
besonderes Augenmerk auf der Eignung des Algorithmus liegt.
Zuerst wird in einer Voruntersuchung die Zweckmäßigkeit von Schrägversteifungen
überprüft. Hierbei stellt sich wie erwartet heraus, dass sie in Bereichen mit einem
hohen Schublastanteil zu Gewichtseinsparungen führen können. Allerdings werden
immer zusätzlich Querversteifungen benötigt, um einem globalen Beulen entgegen
zu wirken.
Im Anschluss daran wird der Str-ACO Algorithmus konfiguriert und an zwei verschiedenen
Strukturmodellen getestet. Bei der Optimierung eines gekrümmten CFK-Hautfeldes
ist er erfolgreich und erzielt er ähnlich gute Ergebnisse, wie der zum Vergleich
herangezogene Evolutionäre Algorithmus. Die Qualität der Lösung wird in
erster Linie von der Problemstellung beeinflusst. Daher kann eine ungünstige Formulierung
das Auffinden der optimalen Lösung stark erschweren. Dies zeigt sich bei
der Optimierung des zweiten Strukturmodells, einer orthotropen Platte, die trotz
eines erhöhten Rechenaufwands von dem Str-ACO Algorithmus nicht zufriedenstellend
gelöst werden kann. Allerdings ist das Problem nicht ACO-spezifisch, da auch
der evolutionäre Algorithmus hier Schwächen aufzeigt. Nach einer Reduzierung der
Problemkomplexität, gelingt es dem Ameisenalgorithmus, trotz der ungünstigen Formulierung,
die Plattenoptimierung erfolgreich durchzuführen.
Die Erfahrungen der vorangegangenen Strukturoptimierungen werden zum Schluss
herangezogen, um mit dem daraus konfigurierten Str-ACO Algorithmus eine Schalenstruktur
zu optimieren, die sowohl Längs- und Querversteifungen als auch Schrägversteifungen
enthalten kann. Nach einer weiteren Anpassung der Steuerparameter
und der Einführung einer stufenweisen Optimierung erzielt der Algorithmus sehr
gute Ergebnisse und stellt seine Eignung zur Strukturoptimierung unter Beweis.