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Die Diplomarbeit beschreibt den Einsatz der Gestaltoptimierung mit TOSCA an in der Entwicklung befindlichen Fahrwerkskomponenten bei nichtlinearen Beanspruchungen. Im Vorfeld dieser Untersuchung wird mit einem Marktüberblick der aktuelle Stand der Optimierungssoftware aufgezeigt. Daraus wird die Stellung des Optimierungstools TOSCA im Vergleich zu anderen Programmen abgeleitet. Nach ersten Tests zur Einarbeitung in die Software, erfolgt eine Untersuchung, um spezifische Einflussgrößen auf die Optimierung und das Optimierungsergebnis festzustellen. Auf Basis dieser Resultate werden verschiedene Fahrwerksbauteile betrachtet. Deren konstruktiver Optimierungsbedarf wird im ersten Schritt durch Festigkeitsberechnungen ermittelt. Anschließend erfolgt eine Gestaltoptimierung unter Berücksichtigung verschiedener Optimierungsziele, wesentlicher nichtlinearer Beanspruchungen (Kontakte, geometrische Nichtlinearitäten, Plastizität) und weiterer Randbedingungen (wie zum Beispiel geringe Rechenzeit oder Fertigungsrestriktionen). Anhand der durchgeführten Berechnungen wird ein Leitfaden erstellt, der grundlegende Erfahrungen und Hinweise zum Einsatz der Gestaltoptimierung mit dem Optimierungstool TOSCA und zur Integration des Programms in das IT-Umfeld der Daimler AG beinhaltet.
Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit dem zyklischen Werkstoffverhalten, im Speziellen mit der Entfestigung eines hochfesten Stahlwerkstoffes über der Lebensdauer. Dazu wird zunächst der allgemeine Ablauf der Betriebsfestigkeitsabsicherung erläutert und auf spezifische Probleme der Eingangsgrößen eingegangen. Die gewählte Baugruppe, eine Kugelzapfen-Verschraubung, wird einer FE-Untersuchung unterzogen und der lokale Spannungszustand genauer betrachtet. Dafür werden die Richtungen und Beträge einzelner Spannungstensoren gezielt ausgewertet und in verschiedenen Darstellungen anschaulich gemacht. Dies dient der Definition der Komponentenversuche, welche sich in die Ermittlung der Restfestigkeit und die Versuchsvorbereitung zur Ermittlung von Bauteilwöhlerlinien aufteilen. Die Prüflinge werden sowohl geometrisch als auch mechanisch charakterisiert, im Rahmen dessen auch Werkstoffdaten für eine gehärtete Randschicht ermittelt werden. Daneben erfolgt eine Auswertung und Adaption der benötigten Last-Zeit-Signale. Das Ergebnis des ersten Versuchs wird ausgewertet und durch eine FE-Simulation nachgerechnet. Durch den Abgleich der Resultate werden die gesuchten Werkstoffdaten abgeleitet und damit eine Betriebsfestigkeitsuntersuchung durchgeführt. Neben der Ermittlung der geeigneten Programmeinstellungen, werden die Werkstoffdaten auf Grundlage der zu erwartenden Schädigungswerte angepasst. Für den zweiten Versuch finden Voruntersuchungen zu den Schwerpunkten Prüfstandsaufbau, Blockprogramm und Anrisserkennung statt. Den Abschluss bildet eine vorläufige Richtlinie zur Berücksichtigung der Entfestigung in der Berechnung.