Finite-Elemente basierende Dauerhaltbarkeitsberechnungen bei Thermal-Acoustical-Protective-Shields

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Finite-Elemente basierende Dauerhaltbarkeitsberechnungen bei Thermal-Acoustical-Protective-Shields

Kollenrott, Martin

Die Arbeit ist in Kooperation mit dem Automobilzulieferer Dana Power Technologies Neu-Ulm entstanden. Produziert und entwickelt werden hier Zylinderkopfdichtungen, Nebendichtungen, Kunststoffteile und die in dieser Arbeit untersuchten Hitzeschilde, die Thermal-Acoustical-Protective-Shields (TAPS). Die Hitzeschilde bieten akustischen Schutz für die Fahrgastzelle und die Umwelt; sie dienen außerdem dem Schutz von Kunststoffteilen, Elektronikbauteilen und Komponenten der Brems- und Kraftstoffanlage vor hohen Temperaturen. Ziel der Arbeit war es, ein auf der FEM basierendes Modell für Dauerhaltbarkeitsvorhersagen von Hitzeschilden zu entwickeln, das lediglich die Geometrie des Hitzeschildes, den Lagenaufbau (z. B. zweilagig) und die Anregung enthält. Ermittelt wurden der Elastizitätsmodul, der Schubmodul und die Querkontraktionszahl der verwendeten Stahlbleche. Die Modelle wurden anhand von gescannten Geometrien, CAD-Geometrien und Umformsimulationen getestet. Basierend auf den Eigenwerten und Eigenvektoren der Modalanalyse wurden harmonische Analysen durchgeführt. Zur Bewertung der in der harmonischen Analyse ermittelten Spannungen wurden Wöhler-Versuche durchgeführt. Die Lebensdauervorhersage der Wöhler-Kurven wurde im Anschluss an den Hitzeschilden getestet. Untersucht wurden ferner Simulationen des Umformprozesses. Die vorgestellten Ansätze erlauben es, Dauerhaltbarkeitsberechnungen von Hitzeschilden bei Raumtemperatur durchführen zu können. Eine Erweiterung des Modells auf temperaturabhängiges Verhalten ist erwünscht.