Methoden der Bewertung des Leichtbaupotenzials sowie der Fertigbarkeit von Bauteilgeometrien für die Umsetzung in Faserverbundbauweisen

Abstract

In der Konzeptphase der Bauteilentwicklung ist eine frühe und effiziente Abschätzung des Leichtbaupotenzials einer Werkstoffklasse zielführend, insbesondere für einzelne Bauteile einer komplexen Baugruppe. Die Anwendung bekannter numerischer Methoden ist hierfür mit hohem Aufwand verbunden. Sowohl die Bewertung des Leichtbaupotenzials eines Bauteils für die Umsetzung in Faserverbundbauweisen als auch die Bewertung der Fertigbarkeit sind von Bedeutung. Das Leichtbaupotenzial anisotroper Faserverbundwerkstoffe ist von der Beanspruchung des Bauteils abhängig, die Fertigbarkeit von der Bauteilgeometrie. Für die Quantifizierung dieser zwei Zusammenhänge werden in der vorliegenden Arbeit zwei Bewertungsmethoden vorgestellt. Basierend auf den Hauptnormalspannungsvektoren wird eine Methode entwickelt, die Lastpfade detektiert und demnach das Umsetzungspotenzial unterschiedlicher Faserverbundbauweisen bewertet. Die Quantifizierung der Fertigbarkeit aufgrund von Bauteilgeometrien erfordert eine Korrelationsfunktion zwischen den Auswirkungen der Geometrie und dem Fertigungsergebnis. Grundlegend gilt, dass für ähnliche Bauteilgeometrien bei gleichbleibendem Herstellungsprozess und Material ähnliche Fertigungsergebnisse zu erwarten sind. Die Ähnlichkeit wird durch Methoden der Künstlichen Intelligenz als Skalar und auch lokalisiert auf der Bauteilgeometrie angegeben. Die bewertete geometrische Ähnlichkeit der Bauteile soll mit der Ähnlichkeit der Fertigungsergebnisse korrelieren. In Konsequenz werden die vorgestellten Methoden der Ähnlichkeitsbewertung durch Simulationsergebnisse eines Herstellungsprozesses von Faserkunststoffverbunden kalibriert.