Development of a Flexible Program Architecture for Shape Optimization with Finite Elements

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit(peer-reviewed)

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine flexible Schnittstelle (Interface for Parametric Optimization, IPO) zwischen dem Finite Elemente Programm Abaqus und der Open Source Optimierungsbibliothek DAKOTA (Design Analysis Kit for Optimization and Terascale Applications) entwickelt. Finite Elemente Modelle können mit Abaqus parametrisiert und auf eine beliebige Zielfunktion unter Berücksichtigung von optionalen Restriktionen optimiert werden. Alle in Abaqus verfügbaren Ausgabevariablen können beliebig zu Zielfunktionen oder Restriktionen kombiniert werden. DAKOTA bietet eine Vielfalt an unterschiedlichen Algorithmen für Optimierungen, Parameterstudien, die Bestimmung von Unsicherheiten sowie viele weitere Anwendungen. Gradienten--basierte Verfahren sowie gradientenfreie Methoden wie z.B. evolutionäre Algorithmen können zur Optimierung verwendet werden. Das IPO kombiniert die Vorteile beider Programme, die Fähigkeit von Abaqus hoch nichtlineare (material-- sowie geometrische Nichtlinearitäten) Probleme zu lösen sowie die weitreichenden Optimierungsmetoden bzw. Möglichkeiten für Parameterstudien von DAKOTA. Die von Abaqus zur Verfügung gestellte Python Programmierschnittstelle dient als Basis für die entwickelte Software, da auf alle Pre-- bzw. Postprocessing Befehle einfach zugegriffen werden kann. IPO wurde objektorientiert in der Programmiersprache Python geschrieben, da dies sehr gut zu der vorhandenen Programmierschnittstelle passt, bzw. eine spätere Erweiterung erleichtert. Die entwickelte Software wurde anschließend auf zwei Beispiele wurden anschließend angewandt, die Gewichtsoptimierung einfaches Fachwerk und einer aufwändigeren Brückenkonstruktion. Diese beiden Fachwerke wurden auf ihr Gewicht hin optimiert. Verschiedene unterschiedliche Optimierungsalgorithmen wurden untersucht und deren Vor-- bzw. Nachteile diskutiert.

Details

Titel in ÜbersetzungEntwicklung einer flexiblen Programmarchitektur zur Gestaltoptimierung mit Finiten Elementen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung18 Dez. 2009
StatusVeröffentlicht - 2009