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Über dieses Buch

Eine hohe Prognosegüte von Crashberechnungen ist eine wichtige Voraussetzung für deren stetig wachsenden Einsatz in der Karosserieauslegung. Auch wenn die Abbildungsgüte der Berechnungen mit Stahlstrukturen bereits ein hohes Niveau erreicht hat, ist eine kontinuierliche Verbesserung und Weiterentwicklung der Simulationen von höchster Bedeutung für die Fahrzeugentwicklung. Philipp Wellkamp leistet mit seiner Forschungsstudie einen Beitrag zur methodischen Analyse von gefügten Karosseriestrukturen aus Stahl. In diesem Rahmen nimmt er experimentelle und numerische Untersuchungen an Strukturen höherer geometrischer Komplexität vor. Diese dienen zum einen dem Verständnis des Systemverhaltens und zum anderen der Bewertung und Verbesserung der Übereinstimmungsgüte zwischen Simulation und Versuch. Diese Abgleichuntersuchungen führt der Autor auf verschiedenen Komplexitätsebenen entlang einer Validierungshierarchie durch.

Der Autor
Philipp Wellkamp promovierte berufsbegleitend an der Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg. Aktuell arbeitet er als Berechnungsingenieur in der Sitzentwicklung bei einem deutschen Automobilkonzern.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Der Fahrzeugentwicklungsprozess hat sich aufgrund des globalen Wettbewerbsdrucks und der zeit- und kundennahen Produktplatzierung in den vergangenen Jahrzehnten zunehmend verändert. Während sich die Anzahl der Automodelle in den vergangenen 20 Jahren nahezu verdoppelt hat, halbierte sich deren Lebenszyklus [KBA, 2016]. Aus diesem Grund geht es heute vor allem darum, Entwicklungsprozesse schneller, rationeller und effizienter zu gestalten. Der Trend zu immer kürzer werdenden Entwicklungszeiten wird sich weiter fortsetzen, um markt- und kundenspezifischen Anforderungen gerecht zu werden [Kramer, 2006].
Philipp Wellkamp

Kapitel 2. Stand der Technik und theoretische Grundlagen

Die realitätsnahe Abbildung der Deformation von Stahlstrukturen ist Voraussetzung für deren Einsatz in der Karosserieauslegung. In diesem Zusammenhang liegen eine Vielzahl von Arbeiten vor, die sich mit dem Abgleich numerischer Simulationen von Stählen mit unterschiedlichen Güten bei Impaktvorgängen und den korrespondierenden Versuchen beschäftigen. Es werden Simulationsabgleiche mit idealisierten Beispielen wie Hutprofilen, Vierkantprofilen oder anderen dünnwandigen Stahlprofilen dieser Art dargestellt.
Philipp Wellkamp

Kapitel 3. Quasi-statische Untersuchungen an Crashboxen

Mit wachsenden Rechenkapazitäten ist es möglich, Simulationsmodelle immer feiner in Raum und Zeit aufzulösen und wirtschaftlich im industriellen Bereich anzuwenden. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit der Fragestellung, ob eine feinere Diskretisierung der einzige Weg ist, um die Prognosegüte von Crashberechnungen zu erhöhen. Die Untersuchungen zum detaillierten Simulationsabgleich beginnen auf Bauteilebene an Crashboxen unter quasi-statischen Lastfällen.
Philipp Wellkamp

Kapitel 4. Dynamische Untersuchungen an Crashboxen

Nach den Untersuchungen an der Crashbox im quasi-statischen Bereich folgt nun der Transfer des abgeglichenen Modells in den dynamischen Bereich. Zunächst wird der Versuchsaufbau der Impaktversuche beschrieben, dann werden die Versuchsergebnisse dargestellt, um sie anschließend mit den Simulationsergebnissen zu vergleichen. Auch in diesem Kapitel erfolgt die Gegenüberstellung mit den Versuchsergebnissen im Vergleich zum nominalen Ausgangsmodell. Ziel der Untersuchung ist es zu prüfen, in welcher Güte das für langsame Lastfälle mit der Bauteilcharakterisierung abgeglichene Modell auch für schnellere Lastfälle funktioniert.
Philipp Wellkamp

Kapitel 5. Untersuchungen an Längsträgersystemen

Nachdem eine hohe Übereinstimmungsgüte auf Bauteilebene gesichert ist, werden in diesem Kapitel numerische und experimentelle Untersuchungen zu Abgleichzwecken an Längsträgersystemen vorgenommen. Damit bewegen sich die Untersuchungen auf der zweiten Ebene der Validierungshierarchie aus Abbildung 1.3 auf Seite 3 – der Komponentenebene. Der Komplexitätsgrad hinsichtlich der Geometrien, der Anzahl der Bauteile und der Fügetechnik steigt mit gleichzeitig wachsender Praxisrelevanz.
Philipp Wellkamp

Kapitel 6. Untersuchungen an Karosserien

Nachdem eine hohe Ergebnisgüte von Simulationen der untersuchten Modelle Crashbox und Längsträgersystem sichergestellt ist, wird nun die Abbildungsgüte bei einer Rohkarosserie (Entwicklungsstand) untersucht. Diese stellt die dritte und letzte Komplexitätsstufe in der Validierungshierarchie der vorliegenden Arbeit dar. Neben der Ermittlung der bestmöglichen Abbildungsgüte werden die bisherigen Erkenntnisse auf Gesamtsystemebene verifiziert. Zu diesem Zweck sind auch hier die Simulationen mit den entsprechend durchgeführten Versuchen im Hinblick auf Kraftverläufe und Deformationsmodi zu vergleichen.
Philipp Wellkamp

Kapitel 7. Zusammenfassung und Ausblick

Um die Vorteile des Einsatzes von FEM-Simulationen – dazu zählt etwa eine schnelle und kostengünstige Entwicklung – nutzen zu können, muss das Simulationsmodell ein hohes Maß an Verlässlichkeit aufweisen und den mit ihm generierten Ergebnisse eine große Glaubwürdigkeit zukommen. Entsprechend hat sich die vorliegende Arbeit mit der Untersuchung von Möglichkeiten befasst, neben einer feineren Diskretisierung die Abbildungsgüte von Crashberechnungen zu erhöhen. Voraussetzung für dieses Vorhaben ist zunächst die Ermittlung der Abbildungsgüte von Stahlstrukturen unter verschiedenen Crashbelastungen mit nominalen Simulationsmodellen.
Philipp Wellkamp

Backmatter

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