Die Gewichtsminimierung eines LKW-Fahrerhauses in Schalenbauweise durch mathematische Optimierung nach einem Drei-Säulen-Konzept mit Qualitätsregelkreis wird dargestellt. Die Prozedur wurde dreigeteilt in Strukturmodell, Optimierungsmodell und Optimierungsalgorithmen. Als Strukturmodell wurde ein Finite-Elemente-Modell verwendet. Als Lastfälle wurden Sicherheitstests (ECE R29, Schwedentest), Betriebsfestigkeit (Schlechtweg), Eigenfrequenzen und der statische Lastfall -Ankippen des Fahrerhauses- berücksichtigt. Durch Sensitivitätsanalysen und Parameterstudien wurden die Parameter mit dem höchsten Einfluß auf das Strukturverhalten ermittelt. Die Massen- und Spannungssensivitäten wurden an 18 ausgewählten Einzelblechen berechnet. Ein Ergebnis ist die Verringerung der Spannungen in vielen Bereichen durch die Erhöhung der Blechstärke der Längsträger. Durch statistische Versuchsplanung wurden die Parameter auf sieben Entwurfsvariablen aus den vorhandenen 18 Blechdicken reduziert. Das Optimierungsproblem kann wie folgt beschrieben werden: Minimiere die Masse des Fahrerhauses durch geeignete Wahl der Wanddicken, wobei als Nebenbedingungen die zulässigen Spannungen einzuhalten sind. Die Optimierungsrechnungen wurden mit dem Programm NASTRAN (mit der Option SOL200) mit der modifizierten Methode der zulässigen Suchrichtungen durchgeführt. Ausgangspunkt war die Referenzmasse eines Bezugsentwurfs mit 93,3 %. Da nur sieben der 66 Bleche variiert wurden, ergab sich eine nicht veränderbare Totmasse von 74 %. Mit den Optimierungsrechnungen der ausgesuchten Bleche wurde eine Gewichtsreduzierung von 20 bis 30 kg, entsprechend 4 bis 6 % erreicht. Die Kurven der prozentualen Masse über den Spannungen zeigen für die Lastfälle Kippen in der Ebene und Kippen bei 20 % Steigung einen parallelen Verlauf zwischen 175 und 300 MPa, wobei höchstens eine Massereduzierung von 20 kg möglich ist. Unterhalb von 200 MPa ist für den zweiten Lastfall ein deutlicher Anstieg der Kurve bis auf 94 % erkennbar.
Gewichtsoptimierung eines Lkw-Fahrerhauses mit Hilfe mathematischer Strukturoptimierungsmethoden
Automobiltechnische Zeitschrift - ATZ ; 100 , 12 ; 886-893
1998
6 Seiten, 7 Bilder, 1 Tabelle, 5 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
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