Optimierung der Rippenstärke von Schwingungsprüfvorrichtungen basierend auf orthogonalen Arrays zur Gewichtsreduzierung

Schwingungsprüfvorrichtungen werden häufig verwendet, um die dynamischen Eigenschaften von Strukturen zu bewerten. Ihre Leistung ist jedoch oft durch ihr übermäßiges Gewicht und unbeabsichtigte Resonanzen eingeschränkt. Traditionelle Optimierungsmethoden wie genetische Algorithmen wurden eingesetzt, um das Design der Vorrichtungen zu verbessern; sie erfordern jedoch häufig erheblichen Rechenaufwand und sind bei Problemen mit diskreten Designvariablen ineffizient. Zur Überwindung dieser Einschränkungen schlägt diese Studie eine Methode zur Optimierung der Rippenstärke basierend auf einem orthogonalen Array vor. Die Neuheit der vorgeschlagenen Methode liegt in der Einführung eines Einflusswertes, der gleichzeitig den Leichtbau-Effekt und die Änderung der ersten Eigenfrequenz widerspiegelt. Die Methode generiert orthogonale Arrays für Konfigurationen der Rippenstärke, führt modale Analysen durch und wendet eine Mittelwertanalyse basierend auf diesem Einflusswert an, um Rippen mit geringer struktureller Wirkung für eine Reduktion der Dicke zu identifizieren. Die Wirksamkeit wurde durch den Vergleich mit einem genetischen Algorithmus unter identischen Bedingungen validiert. Die Ergebnisse zeigten, dass das orthogonale Array ähnliche Muster zur Rippenreduzierung erreichte wie der genetische Algorithmus, dabei jedoch nur 0,84 % der Analysen und 1,14 % der Rechenzeit des genetischen Algorithmus benötigte. Diese Ergebnisse zeigen, dass das orthogonale Array eine effiziente und praxisnahe Alternative zur Optimierung der Rippenstärke in Schwingungsprüfvorrichtungen darstellt.