Der moderne Automobilbau befindet sich derzeit im Spannungsfeld zwischen Forderungen nach gesenkten Verbrauchswerten sowie nachhaltiger Mobilität auf der einen und neuen Leichtbautechnologien wie beispielsweise Faserverbundwerkstoffen auf der anderen Seite. In der vorliegenden Arbeit wird eine mögliche Prozesskette von der Bauteilauswahl bis zum ersten Bauteilprototypen aufgezeigt. So wird anfangs die zu bewertende Struktur mithilfe der Methode der finiten Elemente berechnet, woraus ein Ergebnisdatensatz erstellt wird. Dieser wird hinsichtlich der Anisotropie der einzelnen Element-Spannungszustände analysiert. Aus den resultierenden Eignungskennwerten kann eine graphische Darstellung des Analyse-Ergebnisses generiert werden, womit eine Bauteilauswahl ermöglicht wird. Mithilfe der durchschnittlichen Winkelabweichung und dem Hauptnormalspannungsverhältnis kann eine Aussage zur benötigten Faserorientierung getroffen werden, was zu einer ersten Bauteilauslegung führt. Im Anschluss sind genauere FEM-Berechnungen sowie Betrachtungen bezüglich zusätzlicher Bauteilanforderungen durchzuführen. Zunächst werden Kriterien zur Bewertung der Eignung von Bauteilen für den Einsatz von Faserverbundwerkstoffen definiert. Diese führen zur Erarbeitung eines Anisotropie-Kennwertes, der Aussagen zur Komplexität von Spannungszuständen zulässt, wobei die Differenzen der Hauptlastrichtungen und das Verhältnis der Hauptnormalspannungen ausschlaggebend sind. Der Ansatz des Anisotropie-Kennwertes wird im Folgenden zu einem automatisierbaren Algorithmus implementiert. Anhand von vier Beispielen aus der Praxis wird die Bandbreite der Einsatzszenarien des erarbeiteten Anisotropie-Analyse-Algorithmuses verdeutlicht, wobei sich, neben der generellen Bewertung von Bauteilen, im Bereich der Konzeptentwicklung neue Möglichkeiten bezüglich der Strukturoptimierung ergeben. So können anhand von geometrischen Variationen die Auswirkungen auf die faserverbundspezifische Bauteileignung erörtert werden, woraus eventuell Potentiale zur Gewichtssenkung resultieren. Abschließend wird eine definierte Prozesskette anhand eines Fahrzeuges beginnend von der Strukturanalyse über die Bauteilauswahl sowie dessen Vordimensionierung und Berechnung bis hin zur Erstellung und Prüfung der faserverstärkten Komponente dargestellt und validiert. Hierbei konnte bei gleicher Bauteilsteifigkeit eine Gewichtssenkung von 54% im Vergleich zur Serien-Komponente in Aluminiumbauweise erzielt werden. Das zeigt, dass die Auswahl von Bauteilen für den Einsatz von Faserverbundwerkstoffen ausschlaggebend für die resultierende Gewichtsreduktion im Vergleich zur Aluminium- oder Stahlbauweise ist. Die vorgestellte Anisotropie-Analyse ist vor allem eine wissenschaftliche Hilfe für den Bauteilentwickler, wobei die charakteristische Eigenschaft der Faserverbundwerkstoffe, die Anisotropie, durch ein mathematisches Analysenmodell möglichst realitätsnah erfasst wird.


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    Titel :

    Beitrag zur systematischen Bewertung der Eignung anisotroper Faserverbundwerkstoffe im Fahrzeugbau


    Beteiligte:

    Erschienen in:

    Erscheinungsdatum :

    2008


    Format / Umfang :

    175 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch