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Vortrag

Simulationsgestützte optimale Auslegung eines mehrschichtigen kreisrunden piezoelektrischen Aktuators

Thursday (23.05.2019)
12:10 - 12:30 Uhr
Bestandteil von:


Die Designmöglichkeiten piezoelektrischer Aktuatoren sind heute fast unbegrenzt. Die Fertigung individueller Prototypen ist jedoch sehr kostenintensiv und daher aus wirtschaftlicher Sicht auf ein Minimum zu reduzieren. Um die Entwicklungskosten gering zu halten bieten sich simulationsgestützte Optimierungen mit parametrisierten Modellen an, die ermöglichen, viele Designs zu analysieren ohne jedoch Prototypen fertigen zu müssen. Detaillierte parametrisierte Modelle bilden die Grundlage für eine multikriterielle Optimierung.

Dieser Beitrag befasst sich mit der Modellierung eines kreisrunden, mehrschichtigen, piezoelektrisch aktuierten Biegewandlers. Der Querschnitt des Aktuators ist in radialer Richtung nicht homogen und weist daher unterschiedliche Steifigkeiten auf. Als Simulationsmodell wird ein analytisches Modell in PYTHON sowie ein dreidimensionales Finite Elemente Modell in der freien Software Netgen\NGSolve implementiert. Beide Modelle sind voll parametrisiert und bilden die Basis für eine multikriterielle Optimierung. Zur Validierung werden einige Beispiele im Zeit- sowie im Frequenzbereich simuliert. Dabei zeigen das analytische- und das FE-Modell gute Übereinstimmungen.

Für eine optimale Auslegung des Aktuators wird eine Optimierung auf Basis des analytischen Modells mit dem Programmpaket SyMSpace durchgeführt. Die in SyMSpace integrierten evolutionären Algorithmen ermöglichen eine effiziente Optimierung bei Einhaltung der vorgegebenen Restriktionen im Parameterraum. Um die Rechenzeit zu verkürzen werden die Simulationen am Cluster parallel ausgeführt. Die Bewertung der Simulationsergebnisse in einem Postprocessing-Schritt lässt auch die Überprüfung weiterer Restriktionen zu. Anhand der resultierenden Pareto-Fronten kann ein optimales Design ausgewählt und anschließend mit dem FE-Modell validiert werden.

Sprecher/Referent:
Alexander Reininger
Linz Center of Mechatronics GmbH
Weitere Autoren/Referenten:
  • Daniel Reischl
    Linz Center of Mechatronics GmbH
  • Dr. Manfred Nader
    Linz Center of Mechatronics GmbH
  • Prof. Dr. Alexander Humer
    Johannes Kepler Universität Linz
  • Prof. Dr. Astrid Pechstein
    Johannes Kepler Universität Linz
  • Lukas Grasböck
    Linz Center of Mechatronics GmbH