Modellierungsansätze für Stahl-Polymer-Verbundbleche in der automobilen Crashsimulation

Die Entwicklung von Fahrzeugstrukturen im Spannungsfeld zwischen Leichtbau, Kosten, Funktionalität und Umweltschonung stellt keine triviale Aufgabe dar und führt bereits heutzutage zu einem intelligenten Material-Mix, bei dem verschiedene Werkstoffe ihrem Eigenschaftsprofil entsprechend bauteilspezifisch eingesetzt werden. Durch Verbundstrukturen (Sandwich) mit schichtweise variierenden Materialeigenschaften, können die positiven Eigenschaften einzelner Werkstoffe in einem Bauteil effektiv genutzt werden und damit interessante Leichtbau-Lösungen auch unter attraktiven Kosten-gesichtspunkten angeboten werden. Im Rahmen dieses Vortrages werden zwei unterschiedliche Stahl-Polymer-Verbundbleche vorgestellt und numerisch analysiert. Dabei handelt es sich einerseits um einen steifigkeitsoptimierten Stahlsandwichwerkstoff, der über ein geringes Flächengewicht bei gleichzeitig sehr hoher (Beul-)Steifigkeit verfügt und damit prädestiniert für den Einsatz in der Fahrzeug-Außenhaut (Motorhaube, Dach) ist. Andererseits wird ein schalldämpfendes Stahl-Verbundblech (BONDAL) behandelt, bei dem die äußeren Stahldeckschichten über eine viskoelastische Kernschicht miteinander verbunden sind und Körperschallanregungen dämpfen. Dadurch können Entdröhnmaterialien reduziert werden, die sonst eine erhebliche Gewichtszunahme bewirken (z.B. Stirnwand). Zur Bewertung dieser Stahl-Polymer-Verbundbleche in der virtuellen Fahrzeugentwicklung sind geeignete und validierte Simulationsmethoden notwendig. Ausgehend von den resultierenden mechanischen Eigenschaften beider Verbundsysteme werden geeignete Modellierungsansätze, unter Berücksichtigung der Randbedingungen der Gesamtfahrzeug-berechnung abgeleitet. Dabei wird der Fokus auf eine einfache numerische Beschreibung mit minimalen Eingangsparametern gelegt. Die ausgewählten Simulationsmethoden werden in umfangreichen Experimenten auf deren Prognosegüte hin überprüft und dadurch validiert. Im Anschluss erfolgt eine Potentialanalyse an Einzelbauteilen sowie im Gesamtfahrzeug.