In seiner Promotion setzte Lars Ulke-Winter seinen Algorithmus neben der Laminatoptimierung auch bei gewickelten Druckbehältern ein.
TU Chemnitz / Rico Welzel
Im modernen Leichtbau sind flächig miteinander verbundene Schichten aus faserverstärkten Kunststoffen und Kunstharzen von großer Bedeutung, denn solche Laminate sind hochfest und leicht zugleich. Es sei leicht einsehbar, schreibt Springer-Autor Helmut Schürmann in "Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden" dass die Eigenschaften von Einzelschichten und von Laminaten – beispielsweise Steifigkeit, Festigkeit oder thermische Ausdehnung – von den Eigenschaften der Einzelkomponenten Fasern und Matrix und zusätzlich auch von deren Anteilen im Verbund abhingen. Insbesondere der Anteil der Fasern sei für die Festigkeit und Steifigkeit unmittelbar von Bedeutung. (Seite 161)
Lars Ulke-Winter von der der TU Chemnitz hat nun im Rahmen seiner Promotion einen Weg gefunden, das schwierige Optimierungsproblem des Laminataufbaus zu lösen. "Ich arbeite mit sogenannten naturanalogen Verfahren", sagt Ulke-Winter und gibt ein Beispiel: "Nehmen wir an, ein Ameisenvolk sucht den bestmöglichen Weg zum Futter. Dabei muss jede einzelne Ameise zwischendurch Entscheidungen treffen: rechts oder links? Stellt sich ein Weg als besonders kurz, also als bessere Alternative heraus, hinterlässt die Ameise auf diesem stärkere Pheromonspuren als üblich. Denen folgen die anderen Ameisen entsprechend häufiger."
Naturanaloge Optimierung
Von diesem Prinzip hat der Forscher einen Algorithmus abgeleitet. "Für die Simulation nehme ich virtuelle Ameisen, die verschiedene Wege, also verschiedene Schichtstapel, ausprobieren. Dann wird zurückgerechnet, welche Festigkeit diese Stapel haben, und ich ordne entsprechend der Qualität dem Schichtaufbau eine virtuelle Pheromonspur zu. Der folgen weitere Ameisen aus dem Schwarm." Nach und nach kristallisiere sich so der optimale Weg, also das optimale Laminat heraus.
Der Einsatz des naturanalogen Optimierungsverfahrens ist nicht neu, innovativ hingegen die Anwendung auf Laminate. Lars Ulke-Winter hat ein Programm entwickelt, in das nur noch die Schichtanzahl und die gewünschte Belastung eingeben werden muss, um die kürzeste Zeit für die optimale Schichtorientierung der Einzellagen im Laminat zu errechnen. "Darüber hinaus", so Ulke-Winter, "ist es auch möglich, das Material für jede einzelne Schicht auf diese Art optimieren zu lassen oder durch die Anzahl der Durchgänge die Schichtanzahl zu variieren." Die Optimierungsalgorithmen stellt der Forscher als Auslegungswerkzeug für Arbeiten am Bundesexzellenzcluster MERGE zur Verfügung.