Fahrzeugleichtbau Software lässt Bauteile abspecken

Leichtbaukonstruktionen sind auch in Fahrzeugen immer gefragter. Einsatzvoraussetzung ist, dass sie ihren schwereren Vorgängern in puncto Leistungsfähigkeit, Preis und Herstellbarkeit gleichen. Deshalb verwenden Hersteller immer häufiger spezielle Software – etwa zur Gewichtsoptimierung.

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Leichtere Fahrzeuge verbrauchen weniger Kraftstoff und stoßen damit weniger CO₂ aus – unter Umständen reduzieren Leichtbaukomponenten sogar die Produktionskosten und den Materialverbrauch. Auch wenn die Thematik häufig mit Faserverbundwerkstoffen (FVW) in Verbindung gebracht wird, bestehen mehrere Möglichkeiten, Leichtbaukonstruktionen umzusetzen. Neben dem Ersetzen eines Werkstoffs durch einen leichteren können Hersteller auch Gewicht einsparen, indem sie die Geometrie verändern, zum Beispiel durch die Reduzierung der Wandstärken eines Bauteils.

Simulativ optimierte Strukturen via Spezialsoftware

Entscheidend bei allen Leichtbaukonstruktionen: Gewichtseinsparungen dürfen sich weder negativ auf die festgelegten Leistungsparameter der Teile noch auf die Herstellbarkeit auswirken, sonst drohen höhere Kosten oder gar Rückrufaktionen. Um alle Anforderungen auf einen Nenner zu bringen, sind zahlreiche Berechnungen und Simulationen notwendig, die sich ohne spezialisierte Software nur bedingt umsetzen lassen. Eine Methode zur softwaregestützten Gewichtsreduzierung ist die simulationsbasierte Strukturoptimierung. Sie lässt sich beispielsweise durch die Optimierungssoftware Simulia Tosca Structure umsetzen.

Prozess aus Simulation, Analyse und Optimierung

Bei der simulationsbasierten Strukturoptimierung geht es darum, die Geometrie eines Bauteils so lange zu verändern, bis es die gewünschten Eigenschaften erreicht – also in diesem Fall möglichst wenig Gewicht auf die Waage bringt. Jede Strukturoptimierung mit der Lösung Simulia Tosca Structure basiert auf einem Simulationsmodell des jeweiligen Bauteils. Die Geometrie des Bauteils wird mithilfe der Simulationsmethode der finiten Elemente (FEM) beschrieben. Basierend auf aufgebrachten Lasten und Randbedingungen simuliert die Software dann das Verhalten des Teils in den modellierten Betriebszuständen. Die eigentliche Strukturoptimierung führt Simulia Tosca Structure im Anschluss durch: In einem vollautomatisierten Prozess analysiert das Programm die Ergebnisse der Simulation und verändert die Bauteilgeometrie mit mathematischen Modellen und Algorithmen, um dem angestrebten Ziel nahezukommen. Dieser Prozess aus Simulation, Analyse und Verbesserung der Konstruktion wird mehrfach wiederholt, so lange bis ein Optimum vorliegt.

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