Entwicklung strukturierter FEM-Modelle und deren beispielhafte Anwendung auf eine fahrzeugtechnische Baugruppe

Die Finite-Elemente-Methode stellt ein leistungsfähiges Werkzeug zur Beantwortung physikalisch definierter Fragestellungen dar. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Lösung technischer Problemstellungen auf Basis einer strukturierten FEM-Modellerstellung. Grundgedanke dieser strukturierten Modellerstellung ist die Wahl einer geeigneten Abstraktionsebene zur Lösung von Teilzielstellungen und damit der Aufbau geeigneter FEM-Teilmodelle.Zusätzlich werden FEM-Untermodelle zur gezielten Bestimmung von Eingabegrößen genutzt. FEM-Teilmodelle können dann zu einem effizienten und in Teilen verifizierten FEM-Gesamtmodell zusammengefasst werden. Zum Aufbau solcher FEM-Modelle unter Nutzung der FEM-Modellstruktur werden praktische Empfehlungen gegeben.Die entwickelte FEM-Modellstruktur wurde am Beispiel einer Hinterachswelle für ein Nutzkraftfahrzeug angewendet. Die Abbildung des strukturmechanischen Verhaltens erfolgte unter der Einbeziehung einzelner FEM-Teilmodelle für äußere Belastungen, elastisch-plastisches Materialverhalten, Oberflächenrauheit und Eigenspannungen infolge eines Richtprozesses. Für den Hinterachswellenflansch und den Hinterachswellenschaft wurden FEM-Gesamtmodelle erstellt, welche alle relevanten physikalischen Einflüsse auf diese Geometriebereiche abbilden.Abschließend wurde eine Lebensdauerberechnung für den Hinterachswellenschaft durchgeführt. Die aufgebauten FEM-Modelle konnten analytisch oder mit Hilfe praktischer Untersuchungen validiert werden. Am Beispiel der Hinterachswelle konnte gezeigt werden, dass mit der strukturierten Modellerstellung effizient Problemstellungen abgearbeitet werden können.