Zuverlässigkeitsorientierte Optimierung

Während des Entwurfs von Tragwerken wird der konstruierende Ingenieur mit einer Reihe von Entscheidungen konfrontiert, die sich auf die Nutzung des Tragwerks beziehen (z.B. Gebrauchstauglichkeit sowie Sicherheit gegen Kollaps). Diese Aspekte sind jedoch nicht allein entscheidend für den endgültigen Entwurf. Im Allgemeinen gibt es eine Reihe von Alternativen, die die erwähnten Randbedingungen erfüllen und unter denen der entwerfende Ingenieur seine Entscheidung zu treffen hat. Die Optimierung von Tragwerken stellt eine rationale Rahmenbedingung für die Beurteilung der unterschiedlichen Entscheidungsmöglichkeiten dar und zwar in einer opti-malen Art und Weise, in der die Verhaltenskriterien der Struktur berücksichtigt werden. Die Variabilität, denen Strukturen ausgesetzt sind, und die sie auch selbst besitzen, werden heutzutage meist als zufällige Größen betrachtet und mit den Vorhersagen, die in der Entwurfsphase gemacht werden, verglichen. Diese Unsicherheiten schlagen sich in einer Anzahl von Parametern nieder, die in der weiteren Berechnung verwendet werden, und zwar als Belastungen und Umwelteinflüsse oder als Werkstoffeigenschaften oder Unzulänglichkeiten der Konstruktion. Natürlich überträgt sich diese beobachtete Zufälligkeit auf die Bemessungskriterien und die Randbedingung der Verhaltensweise der Tragwerke, die ein Tragsystem gewährleisten muss. Die Gebiete der Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik stellen ein effizientes mathematisches Werkzeug dar, um diese Unsicherheiten rational zu behandeln. In diesem Zusammenhang wird die Verhaltensweise des Tragwerks mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit in Zusammenhang gebracht und die Bemessungskriterien (z.B. Kosten) werden sodann zufallsvariabel betrachtet. Um diesen Vorgängen eine realistische und rationale Rahmenbedingung zu geben, d. h. diese Unsicherheiten entsprechend zu berücksichtigen, hat sich das Gebiet der Zuverlässigkeitsorientierten Optimierung entwickelt. Dieses Gebiet ist eine interdisziplinäre Ingenieuraufgabe. Das Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Erweiterung der Strukturoptimierung über die bereits derzeit sehr gut etablierten und bekannten Probleme der Gewichtsminimierung von Strukturen. Diese Erweiterung beinhaltet die Optimierung von Strukturen in Bezug auf Kostenminimierung unter der Bedingung des Erhalts einer gewissen, vorgegebenen Zuverlässigkeit und beinhalten auch Inspektionsverfahren sowohl am Beginn der Nutzungsdauer des Tragwerks als auch nach einem gewissen Zeitraum, um sicher zu gehen, dass die Zielzuverlässigkeit während der gesamten Tragwerksnutzungsdauer erhalten bleibt. Zusätzlich zu diesen Optimierungsverfahren werden auch Aspekte der numerischen Bruch und Ermüdungsanalyse verwendet, um so ein angemessenes Qualitätssicherungsprogramm, bei dem die Erhaltung und Reparatur eine große Rolle spielt, zu entwickeln.