Formoptimering

Formoptimering er en disciplin inden for teknisk design, der handler om at finde den optimale geometri af en komponent eller et system under givne krav og begrænsninger. Det kan indebære at minimere eller maksimere et eller flere mål – for eksempel luftmodstand, vægt, stivhed eller energiforbrug – mens sikkerhed og funktionskrav overholdes.

Tilgangen involverer definerede designvariable, som ændrer geometriens konturer eller dimensioner, og en målfunktion, der kvantificerer ydeevnen. Metoderne spænder fra gradientbaserede optimeringsalgoritmer til ikke-gradientsmetoder som genetiske algoritmer og partikel-sværm. Adjointmetoder anvendes ofte til at beregne effektive graddier i store FE-modeller.

Anvendelsesområderne spænder bredt: aerodynamik i fly og biler, strukturel optimering af komponenter for at reducere vægt uden at tilsidesætte styrke, termisk optimering af kølekanaler og varmevekslere samt optimering af akustiske egenskaber og medicinske implantater.

Processen følger normalt en problemformulering, valg af geometri og mål, opbygning af en simulering (ofte baseret på finite elementer eller CFD), udførelse af optimeringskørsler og endelig validering af resultaterne gennem yderligere simuleringer og test. Produktionsbarrierer og geometri, fabrikationsbegrænsninger og robusthed over for variationer tages ofte i betragtning.

Udfordringerne inkluderer beregningsomkostninger, kompleks geometri og ikke-lineære sammenhænge mellem geometri og ydelse, ikke-konvekse optimeringslandskaber og behov for multi-fysik-modeller samt overensstemmelse mellem model og virkelighed.