Topologieoptimierung hybrider Crashrelevanter Strukturbauteile für Leichtbauanwendungen im Automobilbau (TRICLA)

Im Projekt TRICLA (Topologieoptimierung hybrider Crashrelevanter Strukturbauteile für Leichtbauanwendungen im Automobilbau) entwickelt die Hochschule Aalen im Rahmen der FH-Impulspartnerschaft SmartPro eine Methode zur Konstruktion bionischer Strukturbauteile, die den Autobau effizienter und Autos sicherer machen sollen. Dabei greift das Projektteam unter Leitung von Dr. Wolfgang Rimkus die Erkenntnisse des SmartPro-Projekts InDiMat auf.

Herausforderung 

In der Bionik dient die Natur als Vorbild für technische Konstruktionen, da sie viele Beispiele für leichte und gleichzeitig stabile Strukturen liefert ­– etwa Waben- oder Röhrenstrukturen. Solche bionischen Leichtbau-Konstruktionen sind auch im Automobilbau gefragt. Leichtbauteile werden mittels Topologieoptimierung so berechnet, dass sie maximale Stabilität bei minimalem Materialeinsatz bieten. Für die so genannten crashrelevanten Bauteile im Auto gelten allerdings besondere Anforderungen: Sie müssen nicht nur im Alltagsbetrieb standhalten, sondern auch heftigste Zusammenstöße abfangen können. Bei Crashbauteilen kann es sinnvoll sein, bionische Strukturen mit anderen Materialien zu kombinieren (Hybridbauteile), um sie widerstandsfähiger gegen Zusammenstöße zu machen. Allerdings ist die Topologieoptimierung für Crashbauteile bisher nur in Ansätzen und für Hybridbauteile noch gar nicht umgesetzt.

Ziele und Vorgehen 

Im Projekt TRICLA soll eine Methode entwickelt werden, um hybride crashrelevante Strukturbauteile zu berechnen und auszulegen. Dazu will das Projektteam zunächst kommerziell verfügbare Softwarelösungen untersuchen und herausfinden, ob diese bei der Topologieoptimierung auch dynamische Belastungen wie bei Zusammenstößen berücksichtigen können. Anschließend soll ein entsprechendes Bauteil als Demonstrator simuliert werden; die mechanischen Eigenschaften der eingesetzten Materialien werden in die Simulation implementiert und mit realen Crashversuchen des Demonstrators validiert. Das Ziel dieses Abgleichs zwischen Realität und Simulation ist es, den Materialeinsatz möglichst weit zu reduzieren, ohne dabei die Eigenschaften des Bauteils zu beeinträchtigen.

Innovationen und Perspektiven 

Hybride crashrelevante Leichtbaukomponenten haben ein hohes Verwertungspotenzial in der Automobilindustrie, insbesondere im Hinblick auf Energie- und Ressourceneffizienz. Mit dem Vergleich zwischen realem Crashversuch und Simulation wird im TRICLA-Projekt das gesamte Leichtbaupotenzial eines solchen Bauteils dargelegt; daraus kann ein effizienter, in der Industrie einsetzbarer Herstellungsprozess entwickelt werden. Außerdem ermöglicht der Demonstrator die Ableitung anwendungsnaher Richtlinien für die Auslegung hybrider Bauteile. Diese Richtlinien helfen den Zulieferern der Fahrzeugindustrie bei der Entwicklung sicherer und effizienter Bauteile. Innerhalb des SmartPro-Netzwerks ergeben sich außerdem starke Synergien zwischen TRICLA und dem Projekt InDiMat: Einerseits können Ergebnisse aus InDiMat, insbesondere zur sicheren Verbindung unterschiedlicher Materialien, direkt in TRICLA genutzt werden. Andererseits liefert TRICLA direkt verwertbare Ergebnisse zur Auslegung von Hybridbauteilen für die Arbeiten in InDiMat.