Automobilkarosserien verfügen heute, bezogen auf das Gesamtfahrzeug, über das größte Leichtbaupotenzial. Das Interesse der vorliegenden Untersuchung konzentriert sich auf die Blechfelder der Karosserie. Die Realisierung eines kostenneutralen oder eines kostenminimierten Leichtbaus bei Blechstrukturen kann durch Strukturleichtbau erreicht werden. Dies setzt sowohl werkstoffspezifische als auch konstruktive Maßnahmen voraus. Die konstruktiven Verbesserungen beziehen sich in diesem Zusammenhang auf die globale Gestaltung von Sickenbildern, das heißt auf die Anordnung mehrerer, ineinander übergehender Sicken in einem Blechfeld. Ziel dieser Arbeit ist es, neue, steifigkeits- und schwingungsoptimierte Sickenkonturen für Blechschalenbauteile zu generieren und zu untersuchen. Dabei werden unterschiedliche Optimierungsverfahren und deren Kombination eingesetzt. Durch den Einsatz der Topographieoptimierung wurden Sickenbilder mit optimierter Bodensteifigkeit für Bleche generiert, die entlang der Kanten eingespannt sind. Beim Vergleich mit konventionellen Sickenbildern konnte, bei gleichen Blechstärken und Sickenhöhen, eine deutliche Steigerung der Bodensteifigkeit festgestellt werden. Die Anwendung der Topologieoptimierung ergab sehr eindeutige globale Sickenkonturen. Für die direkte Korrelation der durch die partielle Materialaufdickung erzielten Ergebnisse mit den entsprechend umgesetzten Sickenkonturen ist dabei ein genauer Abgleich zwischen Schalendicke und umgesetzter Sickenkontur erforderlich. Die hier erreichten Verbesserungen der Blecheigenschaften liegen jedoch deutlich unter denen der Topographieoptimierung. Bei der Kombination der Topographieoptimierung mit der Parameteroptimierung wurden verschiedene Programmsysteme und Algorithmen untersucht. Die Surface Response Methode wurde abschließend für diese Anwendungen ausgewählt, da sie die besten Steifigkeitsverbesserungen und das beste Konvergenzverhalten bei ungünstigen Startwerten der Sickenparameter aufwies. Bei der numerischen Untersuchung des Steifigkeits- und Beulverhaltens ebener und gewölbter flacher Bleche konnte die hohe Bodensteifigkeitszunahme bei einfach und doppelt gewölbten Blechfeldern bestätig werden. Bei der Analyse der Blecheigenschaften konnte nachgewiesen werden, dass die Bodensteifigkeit der Sickenbleche von der Orientierung der Sicken abhängig ist, da sich das Flächenträgheitsmoment bei der Deformation der Bleche ändert. Durch die Auswertung des Deformationsverhaltens im Sickenblech können gezielte lokale Steifigkeitsverbesserungen bei der manuellen Umsetzung der Sickenbilder erreicht werden. Abschließend wurde ein Programm für eine automatisierte Umsetzung von Topographieoptimierungsergebnissen entwickelt. Das generierte Programm bietet die Möglichkeit, Ergebnisse schnell und reproduzierbar in FE-Modelle für Sickenbleche umzusetzen.
Gestaltung optimierter Sickenbilder für flächige Strukturen unter Einsatz numerischer Optimierungsverfahren
Schriftenreihe Automobiltechnik, ika, RWTH Aachen ; 64 ; 1-185
2003
185 Seiten, Bilder, Tabellen, 88 Quellen
Theses
German
Automotive engineering | 2005
|Einsatz von Optimierungsverfahren in der Hybrid-Antriebssimulation
Tema Archive | 2005
|Gestaltung optimierter Leitprozesse für die Gesamtfahrzeugforschung
Tema Archive | 2001
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