Formula Student

Topologie-Optimierung am Lenkgehäuse

PR17-06HighSpeed3.jpg
Bild: High Speed Karlsruhe
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High Speed Karlsruhe, das Formula-Student-Team der Hochschule Karlsruhe, verwendet die Ansys-Workbench hauptsächlich für die FEM-Auslegung des Monocoques aus Carbon-Kern-Sandwichbauweise. Seit dem letzten Update auf Workbench 17.1 bietet Ansys die Möglichkeit der Topologieoptimierung. Damit ist es möglich, unter Vorgabe des maximalen Bauraums, der angreifenden Kräfte sowie der Lagerbedingungen leichte und gleichzeitig steife Bauteilgeometrien zu ermitteln. Für das neue Fahrzeug von High Speed Karlsruhe, den F-111, wurde diese Saison das Lenkgehäuse topologisch optimiert. Dessen Bauraum wird im Fahrzeug hauptsächlich von den inneren Maßen des Monocoques eingeschränkt. Für die mechanisch statische Analyse wurden drei Lastfälle definiert. Nach der Vernetzung müssen im Reiter „Topologie-Optimierung“ die Randbedingungen für die Optimierung angegeben werden. Für das Lenkgehäuse wurde als Optimierungsziel die Minimierung der Nachgiebigkeit (minimize compliance) angestrebt. Über den Reiter „Masseantwort“ kann der maximale Masseanteil vom Bauraummodell, den die Endstruktur aufweisen soll, angegeben werden. Im Anschluss an die Topologie-Optimierung muss eine Design-Validierung auf maximale Verformungen/Spannungen durchgeführt werden. Dies erfolgt über eine Umwandlung der Ergebnisstruktur in einen Volumenkörper. Dieser wird anschließend erneut in eine statisch-mechanische Analyse in die Workbench geladen und mit den zuvor definierten Lastfällen belastet. Bei diesen Kontrollsimulationen mit den unterschiedlichen Versionen überzeugte die Variante mit 5 % Masseanteil am besten. Durch die Verwendung der Topologie-Optimierung gelang es High Speed Karlsruhe nicht nur, rund 20 % Gewicht einzusparen, sondern auch die teaminterne Fertigung zu entlasten. Am gesinterten Lenkgehäuse müssen lediglich die Passungen nachgefräst werden. Im Anschluss kann das Bauteil direkt im Fahrzeug verbaut und getestet werden. jpk

www.ansys.com

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