Leichtbau bezeichnet die Entwicklung von Strukturbauteilen, welche ihre vorgegebene Funktion unter gegebenen Randbedingungen mit minimalem Materialeinsatz/Gewicht erfüllen. Nicht nur birgt geringerer Materialeinsatz das Potential der Kostenreduktion sowohl in der Herstellung als auch während der Nutzung, sondern er führt auch unmittelbar zur Ressourcenschonung.
Im modernen Leichtbau sind die Bereiche Konstruktion und Auslegung, Analyse, Werkstoffdesign und Fertigungstechnik untrennbar miteinander verwoben. Den Forschungsbereich Leichtbau zeichnet aus, dass alle diese Bereiche adressiert und kombiniert werden. Ziel der Forschung ist die Entwicklung anwendungsspezifischer numerischer Methoden und deren Nutzung in der automatisierten Auslegung. Diese Ziele werden zum einen durch Grundlagenforschung im Rahmen nationaler und internationaler Forschungsförderungsprogramme erreicht, zum anderen bestehen aber auch Kooperationen mit Industriepartnern zu konkreten Fragestellungen.
Hierbei geht es nicht nur um die nichtlinearen Modellierung und Simulation der thermo–mechanischen Eigenschaften unterschiedlicher Verbundwerkstoffe und Strukturen, die von Nanostrukturen bis zu vollständigen Komponenten reichen, sondern auch um die numerische Auslegung der zugehörigen umformenden und spanenden Fertigungsverfahren. Die rechnerischen Vorhersagen basieren auf analytischen sowie numerischen Methoden und beinhalten auch die Entwicklung und Implementierung von Algorithmen.
Im Bereich der Auslegung werden klassische Optimierungsalgorithmen mit Verfahren der numerischen Modellreduktion und des maschinellen Lernens kombiniert. Eine Kernkompetenz des Forschungsbereichs ist die Geometriedarstellung mit Splines, welche sich zum einen in der Formoptimierung, zum anderen aber mittels isogeometrischer Analyse auch in der Finite-Elemente-Simulation wiederfindet.
Lightweight design refers to the development and design of structural components that fulfil their desired functionality under the given boundary conditions with minimal material usage/weight. Not only does the reduced amount of material lead to cost reduction during both manufacturing and usage, but there is also an immediate effect of reduced exploitation of resources.
Modern lightweight design is required to address the fields of development and design, analysis, material design, and production engineering. To unite these fields under one roof is the specialty of the lightweight design group at ILSB. The group’s research goal is the development of application-specific numerical methods and their utilization in numerical design. These goals are achieved as part of fundamental research projects funded by national or international research foundations, but at the same time, our research results stem from collaborations with industrial partners on specific problems.
The fields of interest not only include nonlinear modelling and simulation of the thermo–mechanical properties of a variety of structures and composites, reaching from nano-structures to whole components, but also extend to the numerical design of the corresponding manufacturing processes. The analysis is based on both analytical and numerical approaches and includes the development and implementation of algorithms.
With respect to design, classic optimization algorithms are combined with model order reduction and machine learning. One core competence of the research group is geometry representation using splines, which is employed in shape optimization, but also in numerical simulation by means of isogeometric analysis.
