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April 2025
eBook (PDF)
Philipp Clemens
Topologie- und Formoptimierung crashbeanspruchter Tiefziehblech-Bauteile
In dieser Dissertation wird eine Optimierungsmethode vorgestellt, welche die effiziente Optimierung von crashbelasteten Tiefziehblech-Bauteilen ermöglicht. Die Optimierung wird in eine innere und eine äußere Schleife aufgeteilt. In der äußeren Schleife wird eine Crashberechnung durchgeführt. Die Kontaktkräfte, die in dieser Crashberechnung ermittelt werden, werden als Ersatzlastfälle für eine statisch lineare Betrachtung der Problemstellung genutzt. In der inneren Schleife wird für das so generierte statisch lineare Ersatzproblem eine gleichzeitige Form- und Topologieoptimierung eines Voxel-Modells mit der gradientenbasierten Dichtemethode durchgeführt. Durch die Verwendung einer Fertigungsrestriktion ist das Ergebnis der inneren Schleife immer ein Blechentwurf ohne Hinterschneidungen in eine fest definierte Stempelrichtung. Das Ergebnis der inneren Schleife wird anschließend in der äußeren Schleife automatisiert in ein Schalen-Modell überführt, bevor erneut eine Crashberechnung durchgeführt wird und sich die äußere Schleife schließt. Durch die äußere Schleife werden wiederholt die tatsächlichen Eigenschaften bei Crash ermittelt.
Die hier entwickelte Optimierungsmethode ist in der Lage, die Intrusion eines Impaktors bei einem Crashvorgang mit einem vertretbaren Rechenaufwand deutlich zu reduzieren, ohne dabei die Masse des Bauteils zu erhöhen. Das gelingt nicht bei allen untersuchten Modellen. Vor allem bei Startentwürfen, die bereits sehr gut sind, hat die Methode Schwierigkeiten weitere Verbesserungen zu erzielen. Zum Stand dieser Arbeit ist die Methode auf die Reduktion der Intrusion beschränkt.
Die hier entwickelte Optimierungsmethode ist in der Lage, die Intrusion eines Impaktors bei einem Crashvorgang mit einem vertretbaren Rechenaufwand deutlich zu reduzieren, ohne dabei die Masse des Bauteils zu erhöhen. Das gelingt nicht bei allen untersuchten Modellen. Vor allem bei Startentwürfen, die bereits sehr gut sind, hat die Methode Schwierigkeiten weitere Verbesserungen zu erzielen. Zum Stand dieser Arbeit ist die Methode auf die Reduktion der Intrusion beschränkt.
Schlagwörter: Strukturoptimierung; Form- und Topologieoptimierung; Crash; Tiefziehblech-Bauteile; Finite Elemente Methode; Intrusion
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Print-Version: 978-3-8440-9962-1
DOI 10.2370/9783819100437
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