Numerische Optimierung

Anwendung der höheren Programmiersprache Python
Erscheinungsjahr 2027
ISBN: 978-3-032-41796-1
Verlag: Springer-Verlag GmbH

Buch, Deutsch, 233 Seiten, Format (B × H): 155 mm x 235 mm

Dieses Buch dient als Studienhilfe für numerische Optimierungstechniken in Bachelor- und Masterstudiengängen des Maschinenbaus an Hochschulen und Universitäten. Derartige Verfahren gewinnen insbesondere im Leichtbau zunehmend an Bedeutung, da eine Gewichtsreduktion – etwa in der Automobil- oder Luft- und Raumfahrtindustrie – unmittelbar zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und damit zu niedrigeren Betriebskosten sowie positiven Umweltauswirkungen führen kann. Auf Grundlage der Open-Source-Programmiersprache Python stellen die Autoren Routinen zur numerischen Lösung von Problemstellungen aus der Ingenieurmathematik sowie von Anwendungsaufgaben aus der klassischen Festigkeitslehre bereit. Die behandelten mechanischen Modelle konzentrieren sich auf die klassischen eindimensionalen Strukturelemente, nämlich Federn, Stäbe und Euler-Bernoulli-Balken. Durch die Beschränkung auf einfache Strukturelemente wird die Komplexität des numerischen Modells reduziert, während sich der Entwurfsraum auf eine überschaubare Anzahl von Variablen beschränkt. Der Einsatz einer universellen Programmiersprache sowie verfügbarer Bibliotheken, beispielsweise für die Berechnung von Ableitungen oder das Lösen von Gleichungen, ermöglicht es, den Schwerpunkt auf die Methodik der Optimierungsverfahren zu legen und nicht auf standardisierte Rechenabläufe. Einige der vorgestellten Beispiele werden zudem grafisch anhand der Zielfunktion und des zugehörigen Entwurfsraums analysiert, um das Verständnis der rechnergestützten Umsetzung der Verfahren zu vertiefen.

Zielgruppe

Upper undergraduate

Autoren/Hrsg.

O¨chsner, Andreas

Makvandi, Resam

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde Kontinuumsmechanik
• Mathematik | Informatik EDV | Informatik Programmierung | Softwareentwicklung Programmier- und Skriptsprachen
• Naturwissenschaften Physik Physik Allgemein Theoretische Physik, Mathematische Physik, Computerphysik
• Technische Wissenschaften Technik Allgemein Mathematik für Ingenieure

Inhaltsverzeichnis

Einführung.- Unbeschränkte Funktionen einer Variablen.- Beschränkte Funktionen einer Variablen.- Unbeschränkte Funktionen von mehreren Variablen.- Beschränkte Funktionen mehrerer Variablen.- Antworten auf ergänzende Probleme.- Python-Quellcodes.

Über Autor(innen)

Andreas Öchsner ist Professor für Leichtbau und Struktursimulation an der Hochschule Esslingen. Nach dem Abschluss seines Studiums der Luft- und Raumfahrttechnik an der Universität Stuttgart als Diplom-Ingenieur (1997) war er von 1997 bis 2003 als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg tätig und promovierte in dieser Zeit zum Dr.-Ing. Von 2003 bis 2006 arbeitete er als Assistant Professor am Fachbereich Maschinenbau der Universität Aveiro (Portugal) und leitete dort die Forschungsgruppe für zellulare Metalle. Anschließend war er sieben Jahre lang (2007–2013) Professor am Fachbereich Angewandte Mechanik der Technischen Universität Malaysia, wo er zugleich das Advanced Materials and Structure Lab leitete. Von 2014 bis 2017 war er Professor an der School of Engineering der Griffith University (Australien). Dort übernahm er zudem die Leitung des Studienprogramms Maschinenbau als Head of Discipline und Program Director.