In this bachelor thesis we report on our numerical investigations into the optimal design of protective multi-layer coatings subject to an external force of Hertzian form. In view of mechanical reliablity and durability of the substrate and the coating we aim to find the best composition of given materials with the least computational effort. Numerical studies are carried out using the simulation software ELASTICA being the first non-FEM approach for the computation of stress fields within multi-layer coated, elastic materials. We thereby made use of the massive parallel computer CLiC (Chemnitzer Linux Cluster) where we ran our Windows based application in a Wine Environment.
The outcome of the optimization is in general very sensitive towards the input parameters(i.e., material properties) which are not always available in the desired accuracy. However, the scheme outlined in this work is shown to produce very good results and could contribute a great deal to find optimal solutions for real applications.Diese Bachelorarbeit befasst sich mit numerischen Untersuchungen zum
optimalen Design von schützenden Mehrschichtbeschichtungen, die einer
externen, Hertzschen Last ausgesetzt sind. Hinsichtlich der mechanischen
Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Substrat und Beschichtung, versuchen
wir die beste Zusammensetzung von gegebenen Materialien mit möglichst
geringem Rechenaufwand zu finden. Die numerischen Berechungen wurden mit
der Simulationssoftware ELASTICA durchgeführt, welches das erste
kommerzielle, nicht-FEM-basierte Programm zur Berechnung von
Stressfeldern innerhalb mehrfach beschichteter, elastischer Materialien
darstellt. Dafür benutzten wir auf dem massiven Parrallelrechner CLiC
(Chemnitzer Linux Cluster) unsere Windows basierte Anwendung unter der
Emulationssoftware Wine. Das Ergebnis der Optimierung hängt im
allgemeinen sehr stark von der Qualität der Eingangsparameter (z.B.
Materialeigenschaften) ab, welche nicht immer in der erwünschten
Genauigkeit vorliegen. Es wird gezeigt, dass die in dieser Arbeit
vorgestellte Vorgehensweise sehr gute Resultate liefert und für reale
Anwendungen einen äusserst ressourcenschonenden Lösungsweg darstellt
