In Bezug auf die Fahrzeugkarosserie sind in den vergangenen Jahren große Gewichtseinsparungen realisiert worden, die Leichtbaugüte hat dabei gleichzeitig deutlich zugenommen. Mit konventionellen Bauweisen stößt man dabei an die Grenzen der Möglichkeiten. Für weitere Gewichtseinsparungen wird die Multimaterial-Bauweise als ein Schlüssel zum Erfolg angesehen. Im Kern dieser Arbeit wurden bisherige Vorgehensweisen bei der Karosserieentwicklung untersucht und eine neuartige Methodik zur gezielten systematischen Materialauswahl konzipiert, entwickelt und mit den erforderlichen Daten hinterlegt. Am Beispiel der Energieabsorption wird die Vorgehensweise zur Beschreibung der notwendigen charakteristischen Kennwerte von unterschiedlichen Materialien erläutert. Daraus wurde eine Formel zur Prognose der Energieabsorptionsfähigkeit durch ein neuartiges systematisches simulationsbasiertes Vorgehen entwickelt und vorgestellt. Dabei wurden die Simulations- und Analyseprogramme LS-Dyna, LS OPT und Matlab gekoppelt, um mit Hilfe einer Regressionsanalyse die statistisch abgesicherte und anhand einer Versuchsdatenbasis validierte Prognoseformel EAPredict zu entwickeln. Die Prognoseformel nutzt eine Datenbasis von über 1500 Simulationen und Versuchen, welche für die Berücksichtigung weiterer moderner Leichtbauwerkstoffe und der damit einhergehenden Änderungen in der Gestaltung von crashrelevanten Strukturen einer stetigen Erweiterung bedarf. Das darauf aufbauende und ebenfalls neu entwickelte MatConcept-Tool wendet die Prognoseformel EAPredict als einen von 6 relevanten Kennwerten zur Materialauswahl an. Die weiteren Kennwerte sind die strukturelle Integrität von Bauteilen, die statische Steifigkeit, die Umformbarkeit, das NVH-Verhalten sowie die Oberflächengüte. Diese Kennwerte wurden ebenfalls formelmäßig beschrieben. Diese Materialauswahlmethodik wurde innerhalb des europäischen Verbundprojekts SuperLightCar durch umfangreiche Versuche und Simulationen angewendet und validiert. Es entstand eine Karosserie in Multi-Material-Bauweise, deren Struktureigenschaften die der Referenz mindestens erreicht. Es konnte insgesamt eine Gewichtseinsparung von 37 % erzielt werden. Neben der Ausschöpfung des Leichtbaupotenzials crashrelevanter Karosseriestrukturen ergeben sich durch die entwickelten Tools verkürzte Entwicklungszeiten und eine Senkung der Entwicklungskosten.
Methodische Vorgehensweise der Werkstoffauswahl für die Karosserieentwicklung in Multi-Material-Bauweise
Methodological approach of the materials selection for the car body development in multi-material design
Schriftenreihe Automobiltechnik, ika, RWTH Aachen ; 147 ; 1-145
2011
145 Seiten, 75 Bilder, 5 Tabellen, 112 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Anwendung im Fahrzeugbau , Automobilbau , Karosseriebau , Leichtbauweise , Werkstoffauswahl , Kohlendioxidminderung , Kraftstoffeinsparung , nichtartgleicher Werkstoff , Karosseriebauteil , Dissertation , Energieabsorption , Aufprallenergieabsorptionsvermögen , Modellsimulation , Methodenentwicklung
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