Dieser Beitrag beschreibt eine Methodik der rechnerischen Strukturoptimierung zur Steigerung der Schwingfestigkeit rotierender Fahrwerkskomponenten. Durch die Integration einer Software zur rechnerischen Betriebsfestigkeitsanalyse (LBFO WheelStrength) in die Optimierungsschleife können bereits in einer frühen Entwicklungsphase Bauteile mit ausreichenden Betriebsfestigkeitseigenschaften durch die Berücksichtigung der im Betrieb auftretenden Bauteilbelastungen und des Werkstoffs erzielt werden. Basierend auf einer Ergebnisgröße der Betriebsfestigkeitsanalyse in Form der lokal erforderlichen Beanspruchbarkeit (RFS) werden in Anlehnung an die Regeln zur Form- und Topologieoptimierung Geometrieänderungen in der Bauteilstruktur vorgenommen, die einen Einfluss auf die Höhe des RFS-Werts in der jeweiligen Stelle haben können. Gelingt es, dass nach Abschluss der rechnerischen Strukturoptimierung an jeder Stelle des Bauteils die lokal erforderliche Beanspruchbarkeit niedriger ist als die lokal zulässige Beanspruchungsamplitude, so kann das zur Bemessung zu Grunde gelegte Kollektiv in vollem Umfang ohne Anriss ertragen werden. Es ist also möglich, die Schwingfestigkeit eines Bauteils auf diese Art zu steigern. Die Anwendung der Methodik wurde an verschiedenen Beispielen zur Form- und Topologieoptimierung gezeigt. Es wurde dabei auch die Möglichkeit dargestellt, durch die Definition geeigneter Nebenbedingungen und Restriktionen bestimmte Eigenschaften der optimierten Struktur bereits vor der Optimierung festzulegen (z. B. Vorgabe einer Volumenreduktion, Einschränkung der Geometrieänderungen zur Verhinderung von Kollisionen mit benachbarten Bauteilen, Beibehaltung der Rotationssymmetrie des Bauteils durch Definition von Koppelbedingungen). Bei den optimierten Bauteilen handelte es sich in jedem der dargestellten Beispiele um Pkw-Felgen. Durch die Integration von LBFO-HubStrength anstelle von LBF-WheelStrength können auch andere rotierende Fahrwerkskomponenten wie Radnaben einer rechnerischen Strukturoptimierung zur Steigerung der Schwingfestigkeit unterzogen werden.
Rechnerische Strukturoptimierung zur Steigerung der Schwingfestigkeit rotierender Fahrwerkskomponenten am Beispiel eines PKW-Rades
Computational structural optimization to increase the fatigue strength of rotational suspension components by the example of a passenger car wheel
2008
11 Seiten, 6 Bilder, 11 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch