Geometrieparametrierung zur Optimierung der Dy

Lehrstuhl für Angewandte Mechanik
Fakultät für Maschinenwesen
Technische Universität München
Geometrieparametrierung zur Optimierung der Dynamik von mechanischen Bauteilen (Mesh-Morphing-Methoden)
Semesterarbeit (Erweiterung zu Masterarbeit auf Anfrage)
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Motivation
Bei der Optimierung der Dynamik von mechanischen Leichtbau-Bauteilen wird häufig auf FiniteElemente-Simulationen zurückgegriffen. Ein erster Schritt bei solchen Optimierungsaufgaben ist die
Wahl der Optimierungsparameter. Dabei ist vor allem die Optimierung der Bauteilgeometrie von Interesse.
Das Ziel der Semesterarbeit ist, einen Workflow zu erarbeiten, mit dem die Geometrie von mechanischen Bauteilen parametriert werden kann, und so zu implementieren, dass er in das Finite Elemente
Programm des Lehrstuhls (AMfe) integriert werden kann.
Eine Erweiterung zur Masterarbeit ist nach Absprache möglich.
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Ziele
• Literaturrecherche zu Parametrierungstechniken für Geometrien/Netze in FE-Simulationen
• Auswahl einer geeigneten Parametrierungsmethode (vorzugsweise vermutlich Mesh-Morphing)
• Implementierung eines Parametrierungs-Workflows für Geometrien in Python zur Integration
in das vom Lehrstuhl für Angewandte Mechanik entwickelte FE-Programm „AMfe“. Dabei kann
auch auf vorhandene Open-Source-Softwarepakete mit BSD-artigen Lizenzen, wie z.B. PyGeM
zurückgegriffen werden.
• Beschreibung der Einsatzmöglichkeiten dieser Methode und Aufzeigen ihrer Grenzen (Simulationsbeispiele)
• Aufzeigen der Vorteile/des Potentials/der Ersparnisse von einzelnen Rechenschritten der Methode im Gegensatz zur Geometriemodifikation durch Neuvernetzung.
• Durchführen je eines Test-Cases für eine einfache und eine komplizierte Geometrie (z.B. Würfel
und Rotorblatt)
• Implementierung eines Parameter-Moduls in, das bei Design-Iterationen auch mit evtl. Ersparnissen durch die Parametrierung statt Neuvernetzung umgehen kann.
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Arbeitsschritte
• Literaturrecherche
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• Einarbeitung in Python und das FE-Programm des Lehrstuhls (AMfe)
• Planung eines Workflows zur geometrischen Parametrierung, die in Kombination mit AMfe realisiert werden kann
• Integration externer Programmmodule bzw. Implementierung eines eigenen Workflows
• Sauberer Aufbau und Dokumentation des Codes (Kommentare, konsistente Variablenbezeichnungen)
• Saubere Dokumentation der Ergebnisse
• Präsentationen Auftakt und Abschluss
• Die Arbeit kann auf Deutsch oder Englisch verfasst werden
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Anforderungen
• Sehr gute Kenntnisse und Spaß am Programmieren (idealerweise Python)
• Verständnis der Finite Elemente Methode (idealerweise auch nichtlineare FE)
• Umgang mit Linux, Git, LaTeX, Gmsh, Paraview, Python IDE, (Einarbeitung möglich)
• Selbständige Arbeitsweise
• (Idealerweise Kenntnisse in Geometriemodellierung und Meshgenerierung)
Kontakt
Christian Meyer, M.Sc.
Lehrstuhl für Angewandte Mechanik
Boltzmannstr. 15
85748 Garching b. München
Raum: MW 3131
Tel.: 089-289-15202
Email: [email protected]
Literatur
[1]
Thomas JR Hughes, John A Cottrell und Yuri Bazilevs. „Isogeometric analysis: CAD, finite elements, NURBS, exact geometry and mesh refinement“. In: Computer methods in applied mechanics and engineering 194.39 (2005), S. 4135–4195.
[2]
Filippo Salmoiraghi und Marco Tezzele. PyGeM: Python Geometrical Morphing. http://github.
com/mathLab/PyGeM. 2016.
[3]
F. Salmoiraghi u. a. „Advances in geometrical parametrization and reduced order models and
methods for computational fluid dynamics problems in applied sciences and engineering: Overview and perspectives“. In: Bd. 1. cited By 0. 2016, S. 1013–1031. URL: https://www.scopus.
com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84995484514&partnerID=40&md5=d5ad2fa6627b9477f542534dab3f94
[4]
Matthew L Staten u. a. „A comparison of mesh morphing methods for 3D shape optimization“.
In: Proceedings of the 20th international meshing roundtable. Springer, 2011, S. 293–311.
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