Zur Übersicht

Vortrag

Flexible Graphensyntax für die Topologieoptimierung von Profilbauteilen aus Faser-Thermoplast-Verbunden für Crashanwendungen

Friday (28.06.2019)
14:00 - 14:20 Uhr

Die Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) sind charakterisiert durch eine hohe spezifische Crash-Energieabsorption kombiniert mit leichtbauoptimalen, spezifischen Steifigkeits- und Festigkeitskennwerten. Aus diesem Grund eignen sich FKV ideal für Karosseriestrukturen in der Transportindustrie. Einschränkungen bzgl. der Fertigung und Anforderungen an die passive Sicherheit erschweren jedoch die Konstruktion mit FKV und stellen daher hohe Anforderungen an die Berechnung.

Die meisten simulationsbasierten Optimierungsverfahren (z.B. SIMP) können nicht für Crashanwendungen genutzt werden, da durch Nichtlinearitäten wie Kontakt, Versagen und Bifurkationspunkten keine analytischen Sensitivitäten bereitgestellt werden können. Um dennoch das Finden guter FKV-Konstruktionen in Crashanwendungen zu ermöglichen, kann die Graphen- und Heuristikbasierte Topologieoptimierung erweitert werden. Die Methode wurde entwickelt, um den Querschnitt von lateral belasteten Strangpressprofilen zu optimieren. Hierbei werten Heuristiken die Daten einer Crashsimulation aus und schlagen darauf aufbauend, unter Beachtung interner Fertigungsrestriktionen, konkurrierende Änderungen der Topologie vor. Ob die Anpassungen zu einer Verbesserung des Strukturverhaltens führen, wird in einer Optimierungsschleife bewertet.

Für die Optimierung von FKV ist es notwendig die Graphensyntax zu erweitern, so dass Informationen zum Lagenaufbau und Werkstoff berücksichtigt werden können. Die sich in der Optimierung ändernden Strukturen und Beanspruchungssituationen, stellen besondere Anforderungen an die Vorhersagegüte der verwendeten Werkstoffbeschreibung. Besonders für Faser-Thermoplast-Verbunde existieren kaum für die Optimierung geeignete Ansätze, sodass hierfür ein neues Werkstoffmodell entwickelt wird. Ziel ist es, insbesondere unter Belastung bei hoher Dehnrate, einen physikalisch fundierten Ansatz für die Beschreibung des Werkstoffs zu entwickeln. Zahlreiche experimentelle Untersuchungen helfen dabei das Versagensverhalten genauer zu verstehen.

Dieser Beitrag stellt die Neuerungen in der Graphensyntax und die daraus ableitbaren Strukturen vor. Mit Hilfe eines Beispiels wird der Optimierungsablauf unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Designfreiheiten und Restriktionen vorgestellt. Des Weiteren werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen beim Versagen von Faser-Thermoplast-Verbunden präsentiert, die die Grundlage für die Werkstoffmodellentwicklung sind.

 

Sprecher/Referent:
Dominik Schneider
Bergische Universität Wuppertal
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Axel Schumacher
    Bergische Universität Wuppertal
  • Tobias Donhauser
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
  • Alexander Huf
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
  • Dr. Sebastian Schmeer
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)