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Zusammenfassung:

Wie fast alles im Leben ist auch ein Spindeldesign geprägt von dem richtigen Kompromiss der resultierenden Spindeleigenschaften. Eine Optimierung zu höchsten Steifigkeitenen, zum Beispiel, würde zu enormen Scherverlusten in Lagerspalten und bei Drehzahl der Welle führen.

Betrachtet man ein Spindelsystem, so ergeben sich dutzende von Eingangsparametern, wie zum Beispiel Wellendurchmesser oder Lagerspalte, sowie ebenfalls dutzende Zieleigenschaften, wie zum Beispiel Tragkraft oder Dämpfung. Der hochgradig nichtlineare Zusammenhang zwischen beiden resultiert in dem Umstand, dass eine Optimierung nicht mehr analytisch möglich ist.

Mit der Angabe von Wertebereichen für n Eingangsparamters kann jedoch eine Bevölkerung regellos und nicht optimierten erstellt werden, welche m Lösungen zu den n Eingangsparameters darstellt. Durch bevölkerungsbasierte genetische Vererbung können nun Individuen der Bevölkerung Nachkommen generieren und mit den Elternteilen verglichen werden.

Mit Gesetzen der Vererbungslehre kann die Bevölkerung sich nun hin zu lokalen und globalen Maxima entwickeln. Nach erfolgreicher Konvergenz ergibt jeder Punkt in sich ein Optimum. Bei Wahl einer Steifigkeit zum Beispiel, befindet sich hinter jedem Punkt der Zieleigenschaften die Spindelparameter für best mögliche Dämpfung, Tragkraft und Steifigkeit. Hierbei wird Entartung, Mutation, Elitegruppen und parallele Gruppenbehandlung erläutert.

In vorliegender Abhandlung wird dieses Prinzip an einem zweidimensionalen und dredimensionalen Beispiel eines aertostatischen Axiallagers visuell erklärt und das Prinzip für eine n-dimensionale Betrachtung erläutert. Denn eine visuelle Betrachtung von mehr als Dimensionen ist bekanntlich schwierig.

Inhaltspunkte:

  • Gentische Optimierung erklärt an einem aerostatischen Axiallager
    • Vererbung und Mutation, 2D
    • Erhaltung von Bereichen niedriger Bevölkerungsdichte und lokalen Maxima, 2D
    • Sicherstellung und Beschleunigung der Konvergenz, 2D
    • Erwiterung auf drei Paramter und Eigenschaftsdimensionen
  • Übertragung der genetischen Optimierungsmethoden auf ein Spindelsystem
  • Zusammenfassung und Ausblicke

DETAILS

Verfasser Dr. Ralf Dupont
Fachportal: EUSPEN
Medium / Ausgabe: Konferenz, 18. November 2021

„Genetic Coding and Population based Multi Objectove Optimization applied to Spindle Design“,

EUSPEN virtual conference, Nov-18 2021,

https://euspen.com