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Johannes Sperber
Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung axial belasteter Crashstrukturen
Stranggepresste Profilstrukturen finden eine weite Verbreitung als Crashstrukturen in Kraftfahrzeugen. Zur effizienten Auslegung dieser Strukturen hinsichtlich ihres Crashverhaltens können Topologieoptimierungsmethoden eine Schlüsselrolle spielen. Etablierte Methoden zur Topologieoptimierung sind aufgrund der in der Crashsimulation auftretenden Nichtlinearitäten in der Regel ungeeignet. Aus diesem Grund wurde die Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung (GHT) entwickelt. Die GHT nutzt mathematische Graphen zur Beschreibung der Querschnittsgeometrie und konkurrierende Heuristiken zur Topologiemodifikation. Die aus Expertenwissen abgeleiteten Heuristiken wurden dabei mit dem Fokus auf lateral belastete Crashstrukturen entwickelt.
Bei axial belasteten Crashstrukturen kann die Crashenergie effizient mittels Faltenbeulen absorbiert werden. Im Gegensatz zu lateral belasteten Crashstrukturen müssen hierbei jedoch andere Anforderungen berücksichtigt werden, um eine hohe Energieabsorption bei gleichzeitiger robuster Initiierung und Aufrechterhaltung des Faltenbeulens zu erreichen. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Arbeit neue Heuristiken für die GHT entwickelt, welche die genannten Anforderungen adressieren. Zudem wird die automatisierte Generierung von FE-Modellen in der Methode erweitert, um geometrische Details sowie Triggermechanismen berücksichtigen zu können.
Die Eignung der Methode wird in verschiedenen Anwendungsbeispielen aufgezeigt. Aufgrund der implementierten Überprüfung von Fertigungsrestriktionen, der Berücksichtigung von geometrischen Details in der Modellerzeugung sowie der Effizienz hinsichtlich der benötigten Funktionsaufrufe ist die Methode zur Topologieoptimierung von Crashstrukturen in einem industriellen Entwicklungsumfeld geeignet.
Bei axial belasteten Crashstrukturen kann die Crashenergie effizient mittels Faltenbeulen absorbiert werden. Im Gegensatz zu lateral belasteten Crashstrukturen müssen hierbei jedoch andere Anforderungen berücksichtigt werden, um eine hohe Energieabsorption bei gleichzeitiger robuster Initiierung und Aufrechterhaltung des Faltenbeulens zu erreichen. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Arbeit neue Heuristiken für die GHT entwickelt, welche die genannten Anforderungen adressieren. Zudem wird die automatisierte Generierung von FE-Modellen in der Methode erweitert, um geometrische Details sowie Triggermechanismen berücksichtigen zu können.
Die Eignung der Methode wird in verschiedenen Anwendungsbeispielen aufgezeigt. Aufgrund der implementierten Überprüfung von Fertigungsrestriktionen, der Berücksichtigung von geometrischen Details in der Modellerzeugung sowie der Effizienz hinsichtlich der benötigten Funktionsaufrufe ist die Methode zur Topologieoptimierung von Crashstrukturen in einem industriellen Entwicklungsumfeld geeignet.
Schlagwörter: Topologieoptimierung; Crashauslegung; Heuristiken; Expertenwissen; mathematische Graphen; axiale Crashlastfälle
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