Graphen- und heuristikbasierte Topologieoptimierung von crashbelasteten Profilstrukturen aus verbundenen Blechen
Die Strukturoptimierung leistet in der Fahrzeugentwicklung einen wertvollen Beitrag zur Konstruktion leichter, kostengünstiger und sicherer Fahrzeuge. Die klassischen Methoden zur Optimierung von linear-statisch belasteten Strukturen kommen aufgrund der Vielzahl von Nichtlinearitäten und Bifurkationen in der Crashsimulation an ihre Grenzen, sodass sie nicht oder nur stark eingeschränkt eingesetzt werden können. Besonders die an der Bergischen Universität Wuppertal entwickelte Graphen- und Heuristik basierte Topologieoptimierung (GHT) hat sich zur Optimierung von crashbelasteten Profilstrukturen bewährt. Sie nutzt Heuristiken um die Topologie eines Profils zu ändern und somit Wände im Profilquerschnitt neu zu integrieren oder zu entfernen. Die implementierten Fertigungsrestriktionen stellen in Kombination mit der Graphenrepräsentation des Querschnitts sicher, dass die optimierten Strukturen unmittelbar ohne Geometrieableitung herstellbar sind. Bei den ersten Anwendungsfeldern der GHT liegt der Fokus hauptsächlich auf Profilstrukturen, die im Strangpressverfahren hergestellt sind und somit meistens aus Aluminium bestehen. Mit dieser Arbeit wird die Möglichkeit zur Berücksichtigung eines neuen Fertigungskonzepts entwickelt, bei dem die Profilstruktur aus mehreren miteinander verbundenen Blechprofilen besteht, die an Flanschen miteinander gefügt werden. Dies ermöglicht die Verwendung verschiedener metallischer Werkstoffe, wie Aluminium- und Stahllegierungen, mit höheren Festigkeiten. Die Komplexität der einzelnen Blechprofile kann variieren, es sollen jedoch nur Profilquerschnitte verwendet werden, die auch gefertigt werden können. Um dem gerecht zu werden, wurden Fertigungsrestriktionen speziell für die Blechbauweise entwickelt. Zum einen sind das Fertigungsrestriktionen, die das Umformen der Bleche für einen Schwenkbiegeprozess berücksichtigen. Zum anderen muss im Rahmen von Fertigungsrestriktionen das Fügen der Bleche überprüft werden und die Zugänglichkeit der Fügewerkzeuge ist sicherzustellen. Bei den Fügeverfahren wird der Fokus auf das Laserstrahlschweißen und das Widerstandspunktschweißen gelegt. Für alle simulierten
Profile wird sichergestellt, dass es eine zulässige Fügereihenfolge gibt, mit der das Profil im Zusammenbau gefügt werden kann.
Shaker Verlag, ISBN: 978-3-8440-9989-8
