Bild: Strukturoptimering av en L-formad balk med globala spänningsbivillkor. Illustration Erik Holmberg (c).
Ingenjörer inom maskin- och byggnadskonstruktion har ständigt strävat efter att utnyttja material så effektivt som möjligt, till exempel genom att göra sina konstruktioner så lätta som möjligt under förutsättning att de fortfarande kan bära den last de utsätts för. Att spara material är önskvärt både från ett praktiskt, ekonomiskt och miljömässigt perspektiv.
Tidigare letade man efter effektivare konstruktioner med ett metodiskt, men i stort sett planlöst, tillvägagångssätt. Under de senaste decennierna har emellertid nya beräkningsverktyg, som utnyttjar optimeringsteknik, utvecklats. Dessa gör det möjligt att finna optimala konstruktioner mer eller mindre automatiskt. Detta vetenskapsområde kallas strukturoptimering.
Optimal användning av material
Vid avdelningen för mekanik och hållfasthetslära på Linköpings universitet utvecklar forskare finita elementbaserade strukturoptimeringsverktyg som bygger på geometri- och materialmodifiering.
Särskilt utgår topologioptimering från en mycket generell geometrisk representation, där designdomänen (bild 2, vänster) indelas i finita element, där varje element har möjlighet att antingen vara en del i den optimala konstruktionen eller inte (bild 2, mitten). Genom att använda en välupplöst indelning i element är det möjligt att hitta lastbärande konstruktioner som överträffar de som designats med traditionell metodik.
En lovande utvecklingsmöjlighet är att kombinera strukturoptimering med additiv tillverkning, även känt som friformsframställning med 3D-skrivare, och detta är en av våra aktiva forskningsinriktningar. Vi undersöker även möjligheten att betrakta biologisk tillväxt, till exempel kroppens anpassningen av benstruktur och bendensitet till laster, som en optimeringsprocess.
