@phdthesis{,
    author = {Oxenbauer, Marco},
    title = {Funktions-, gewichts- und kostenoptimierte Auslegung von materialhybriden Strukturen und Bauteilen},
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    keywords = {Hybridbau, Materialmix, Multi-Material-Design, Leichtbau, Carbon, Aluminium, Methodik, Kohlefaser, CFK, Optimierung, Strukturoptimierung},
    abstract = {In der vorliegenden Forschungsarbeit wird eine Berechnungsmethode vorgestellt, mit der bereits in der frühen Phase der Fahrzeugentwicklung materialhybride Bauteile hinsichtlich der Anforderungen optimal ausgelegt werden können. Der Kern dieser Arbeit befasst sich mit der universellen, analytischen Berechnung und Optimierung von frühen Bauteilentwürfen, sowie der Integration in den Entwicklungsablauf. Diese Methodik hat den Anspruch, den Entwicklungsprozess in der Automobilindustrie effizienter zu gestalten und gleichzeitig früh einen Fokus auf Leichtbau, Kosteneffizenz und Funktionserfüllung zu ermöglichen. Darüber hinaus sollen dem Konstrukteur auf dieser Arbeit basierenden Gestaltungsrichtlinien für Hybridbauweisen zur Verfügung gestellt werden. Aufbauend auf den aktuellen Stand der Technik zum Thema Karosserieauslegungskonzepte, Leichtbau und Hybridbauweisen wird der Forschungsbedarf auf diesen Gebieten dargestellt und die Ziele, sowie das methodische Vorgehen zur Erreichung dieser erarbeitet. Dazu werden die zur Verfügung stehenden Grundlagen für die Berechnung und Optimierung von Hybridbauteilen zusammengetragen und auf ihre Eignung hin bewertet und ausgewählt. Vorteilhaft für die Profilberechnung stellt sich das Zerlegen des Querschnitts in Einzelflächen heraus, die wiederum als Laminat betrachtet werden. Dies ermöglicht die schichtweise Festigkeitsanalyse der Metall- oder Faserverbundkomponente, sowie lokale und globale Stabilitätsnachweise. Anhand von experimentellen Voruntersuchungen an einfachen CFK-verstärkten Stahl- und Aluminiumprofilen, sowie aluminiumverstärkten CFK-Profilen werden die grundlegenden Verhaltens- und Versagensweisen von Hybridbauteilen untersucht. Daraufhin wird ein Ansatz zur funktionalen Konzeptoptimierung beschrieben. Dieser setzt sich aus der Anforderungsbeschreibung, einer Abstraktion der Geometrie, die Bauteilberechnung und -Optimierung und der Überführung in den weiteren Entwicklungsablauf zusammen. Daneben können temperatur- und korrosionsinduzierte Materialrestriktionen berücksichtigt werden, sowie Fügeverfahren. Ein Vergleich von, mit der beschriebenen Berechnungsmethodik theoretisch vorhergesagten Bauteileigenschaften und den experimentell ermittelten Werten zeigt, dass eine solche Berechnung von geometrisch abstrahierten Bauteilen für die frühe Phase der Entwicklung genügend genaue Ergebnisse liefert. Im letzten Teil der Arbeit wird der Fahrzeugschweller eines neuartigen BEV-Fahrzeugkonzepts, abspringend von der Vorgängergeneration berechnet und hinsichtlich Gewicht optimiert. In einem evolutionären Stahlkonzept können die deutlich gestiegenen Anforderungen mit einem Mehrgewicht von +27% dargestellt werden. Gleichzeitig wird die Festigkeit des Profils um +51,9% gesteigert. Bei einem zweiten, revolutionären Schwellerkonzept mit hybriden Stahl-CFK Aufbau gelingt es, das Gewicht um 33,3% zu reduzieren, wobei akzeptable Leichtbaukosten von 4,18€/kg anfallen. Neben der Optimierung des Fahrzeugschwellers werden noch direkt vom Entwickler anwendbare Konstruktions- und Gestaltungsrichtlinien beschrieben, die bei der optimalen Gestaltung von Hybridbauteilen angesetzt werden können.},
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    school = {Universität der Bundeswehr München},
    
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