Entwicklung einer Methode zur belastungsgerechten und masseoptimierten Initialauslegung von Multi-Material-Bauteilen aus isotrop-anisotropen Materialkombinationen

Der Wandel in der Automobilindustrie vom Verbrennungsmotor auf Basis fossiler Brennstoffe hin zu batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugen impliziert einen nahezu ebenso großen Wandel im Fahrzeugbau. Die seit je ambivalenten Anforderungen an Karosserien werden durch die Integration von Traktionsbatterien erhöht - eine Herausforderung auch für den Fahrzeugleichtbau. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung, Implementierung und erste Validierung einer neuartigen Methode zur Initialauslegung von Multi-Material-Bauteilen aus einer isotropen Grundschicht und anisotropen FKV-Verstärkungen. Die Methodik soll dabei auf Basis einfacher und in der frühen Phase der Produktentwicklung existenter FE-Modelle und daraus abgeleiteter Belastungszustände einen Vorschlag für die Topographie (Verteilung von isotroper Metall- Grundschicht und anisotropen FKV-Verstärkungen) eines Multi-Material-Bauteils generieren. Um das zu realisieren, arbeitet die Methodik nach dem Input aller relevanter Daten mittels drei Programmblöcken. Zunächst wird der Belastungszustand pro finitem Element des Referenzbauteils analysiert, sodass Spannungshöhen und -richtungen bekannt sind. Im nächsten Schritt werden Bauteilbereiche mit homogenen Spannungsrichtungen zusammengefasst, da diese beim Einsatz von anisotropen FKV Leichtbaupotenzial aufweisen. Abschließend erfolgt eine Dickenoptimierung zwischen isotroper Grundschicht und anisotropen FKV-Verstärkungen, welche das Ziel einer minimalen Bauteilmasse hat. So kann ein erster Entwurf für belastungsgerechte und gewichtsoptimierte Multi-Material-Bauteile erstellt werden. Die neue Methodik wird abschließend auf Probenebene und anhand realer Karosseriebauteile eines Elektrofahrzeugs validiert.