Vortrag zur Crashsimulation der Rohkarosserie mit prozessbedingten Klebschichtschädigungen

Virtuelle Fahrzeugentwicklung in der Crash-Disziplin: Zu diesem Thema hielt Dipl.-Ing. Erdeniz Ince, (Gesellschaft für numerische Simulation mbH, Braunschweig) einen Vortrag „Crashsimulation im Karosserierohbau – Berücksichtigung von prozessbedingten Klebschichtschädigungen“. Eingeladen hatte hierzu der Studiengang Technomathematik an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt.

Beim Thema Crashtest liegt der Gedanke nahe, dass in den Verfahren reale Fahrzeuge beschädigt werden, um anschließend Analysen durchzuführen. Im digitalen Zeitalter werden die Crashtests entsprechend angepasst: Um Zeit und Kosten zu sparen, ist man in der Automobilindustrie zu Crash-Simulationen übergegangen. Bei diesen virtuellen Verfahren (Finite-Element-Methode (FEM)) können Fahrzeugstrukturen bewertet werden, ob sie z.B. die Anforderungen an die Insassensicherheit erfüllen, ehe sie in Serie gehen. So müssen weniger Prototypen modelliert, gebaut und zerstört werden.

Kleben statt Schweißen

Auch das Thema Kleben statt Schweißen entspricht neuesten Standards: Im Zuge moderner Leichtbauweisen werden geeignete Materialien verwendet, die Gewicht, Sicherheit, Kosten und Komfort optimieren. Mit dem intelligenten Einsatz moderner Klebtechniken lassen sich bisher nicht realisierbare Werkstoffkombinationen wie die Verbindung von Glas mit Stahl, Faserverbundwerkstoffe mit Metall oder Aluminium mit Magnesium binden. Das Ausdehnungsverhalten verschiedener Werkstoffe, die Vibrationsdämpfung, die elektrische Isolierung oder der Korrosionsschutz stellen bei ungleichartigen Verbindungen eine Herausforderung dar. Klebverbindungen sind in der Lage, diese zu lösen. Sie lassen sich zudem mit mechanischen Fügeverfahren wie Schrauben oder Nieten kombinieren.

Die Disziplin Crash

In der Disziplin Crash werden eine Vielzahl nationaler und internationaler Gesetze und Vorschriften sowie Verbraucherschutztests berücksichtigt. Die Kollisionsdurchläufe von Fahrzeugen unter realistischen kontrollierten Bedingungen dienen als Grundlage für die spätere Karosserieauslegung. Differenziert wird zwischen Sicherheitszellen und Deformationszonen. Mit einer Ausnahme: Bei Batteriemodulen in Elektrofahrzeugen ist nahezu keine Deformation erlaubt. Darüber hinaus werden u.a. hör- oder spürbare Schwingungen in Kraftfahrzeugen, der Insassenschutz und die Betriebsfestigkeit geprüft.

Crashrelevant sind sogenannte Strukturklebungen, die Bauteile miteinander verbinden und gleichzeitig Kräfte übertragen können. Relevant in den Anforderungen an die FE-Modellierung von Klebschichten sind u.a. folgende Aspekte:

• Genauigkeit
• Vorhersage von Versagen
• Einfache Kennwertermittlung
• Kurze Rechenzeit
• Einfache Implementierung von Materialmodellen

Prozessbedingte Klebschichtschädigungen, so der Referent, konnten im Projekt „MultiOfen“ dargestellt werden, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wurde.

In seiner abschließenden Zusammenfassung stellte Erdeniz Ince die Einzelschritte des Projektes dar. Spannungszustände mit Rissinitiierungen und –fortschritten wurden in der Prozesssimulation erfasst, Schädigungseffekte der Klebschicht wurden analysiert, das Festigkeits- und Versagensverhalten der geschädigten Klebschicht beschrieben und mithilfe eines Mapping Tools auf die Crashsimulation übertragen werden. Die Methodik zur Berücksichtigung der Klebschichtschädigungen wurde an einer Demonstrator-Struktur sichergestellt und konnte auf eine Gesamtfahrzeugsimulation übertragen werden.