Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5138
Main Title: Robuste Optimierung und Bewertung von parametrisch modellierten Crashboxen
Translated Title: Robust optimization and evaluation of parametric modelled crashboxes
Author(s): Schwanitz, Pit
Referee(s): Göhlich, Dietmar
Schumacher, Axel
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Shortened product life cycles, increased demand on passive safety, as well as more restrictive emission regulations require new methods within the development of modern vehicles. Computerized simulations enable to prove a high number of vehicle requirements by generating digital prototypes. Within this context, the present thesis focuses on simulation based optimizations of crash loaded structures and their improvement regarding weight reduction that meets passenger safety and simultaneously continuous improved emission standards. A methodology for robust optimization during the early stage of the product development process is presented and explained by several crashbox optimizations in detail. Especially the early stage of the product development process offers the highest potential for optimizations as it leaves the most space for design adjustments. The explained methodology is in general applicable at every stage of the process. However, the potential will decrease with an onward development process that continuously restricts the design and concept freedom. The thesis mainly focuses on the systematic evaluation of various crashbox designs, under consideration of different geometric concepts, manufacturing methods, and materials. The structural design comprises complex multi-layered sheet metal parts as well as simple aluminum extrusion profiles. Furthermore, up to six different materials are examined for each crashbox. The methodology introduces several techniques to optimize crash-loaded structures. The design of experiments is used to identify the system performance and sensitive parameters. Furthermore, the robustness of the system is considered, which can be explained as result fluctuations as a consequence of scattering initial parameters. The robust optimization of structures is introduced on selected crashbox designs. Two different objective functions (mass and length minimization) are examined and illustrated independently. In each case ten subdesigns are generated, calculated and subsequently scattered with regard to its material properties and the barrier position. In order to evaluate the robustness of the optimal design conclusively, an enhanced robustness evaluation is created with 100 scattered subdesigns and evaluated according to predefined requirements. Within the scope of this thesis, different methods are combined, comprising optimization and robustness evaluation as well as parameterization of geometries, High-Performance Computing, and crash simulations. The thesis contributes to a fast and early implementation of crash optimizations by evaluating concepts and their potential during the early stage of the product development process. That finally results in significantly improved crashbox characteristics and a shortened development cycle of vehicle designs.
Immer kürzer werdende Produktlebenszyklen, gesteigerte Anforderungen an die passive Sicherheit, sowie verschärfte Emissionsvorgaben erfordern neue Methoden bei der Entwicklung von modernen Fahrzeugen. Durch rechnergestützte Simulationen ist es möglich eine Vielzahl von Anforderungen durch digitale Prototypen zu überprüfen und abzusichern. Die Arbeit leistet einen Beitrag zur Gewichtsreduktion von crashbelasteten Strukturen durch simulationsgestütze Optimierung. Dabei wird eine Methodik zur robusten Optimierung für die frühe Phase des Produktentstehungsprozesses vorgeschlagen und am Beispiel von Crashbox-Optimierungen dargestellt. Insbesondere in der frühen Phase des Produktentstehungsprozesses besteht aufgrund der Designfreiheiten das größte Potenzial, um Optimierungen durchzuführen. Der dargestellte Prozess kann zwar grundsätzlich in jeder Phase des Entwicklungsprozesses eingesetzt werden, jedoch wird das Potential umso kleiner, je weiter dieser fortgeschritten ist, da die Design- und Konzeptfreiheiten eingeschränkt sind. Es wird ein besonderer Fokus auf die systematische Bewertung von verschiedenen Crashboxkonzepten gelegt. Dabei werden verschiedene geometrische Konzepte, Fertigungsverfahren und Materialien berücksichtigt. Der strukturelle Aufbau reicht von komplexen mehrschaligen Blechbiegeteilen, bis hin zu einfachen Aluminiumstrangpressprofilen. Weiterhin werden je Crashbox bis zu sechs verschiedene Werkstoffe untersucht. Die Methodik stellt mehrere Prozesse für die Optimierung von crashbelasteten Strukturen vor. Das Design of Experiments wird zur Identifikation des Systemverhaltens und der Ermittlung von sensitiven Parametern durchgeführt. Weiterhin wird die Robustheit des Systems, also die Schwankungen der Ergebnisse infolge von streuenden Eingangsparametern berücksichtigt. In der Arbeit wird die robuste Optimierung der Strukturen an ausgewählten Crashboxen vorgestellt. Es werden zwei verschiedene Zielfunktionen (Massen- und Längenminimierung) unabhängig voneinander untersucht und dargestellt. Dabei werden jeweils zehn Subdesigns erzeugt und berechnet, die hinsichtlich der Materialeigenschaften und der Barriereposition gestreut werden. Um die Robustheit des optimalen Designs abschließend bewerten zu können, wird für die besten Designs eine erweiterte Robustheitsbewertung mit 100 gestreuten Subdesigns erstellt und hinsichtlich der gestellten Anforderungen bewertet. Die vorliegende Arbeit kombiniert verschiedene Verfahren aus der Optimierung und Robustheitsbewertung, der Parametrisierung von Geometrien, dem High-Performance-Computing, sowie der Crashsimulation. Durch diese Arbeit wird eine schnelle und frühzeitige Durchführung von Crashoptimierungen für die Bewertung von Konzepten und deren Potential in der frühen Phase des Produktentstehungsprozesses unterstützt. Dies führt zu einer signifikanten Verbesserung der Crasheigenschaften von Crashboxen und einer Verkürzung der Entwicklungszeiten bei der Fahrzeugkonstruktion.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5467
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5138
Exam Date: 7-Apr-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 23-May-2016
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): crashbox
optimization
parametrization
Robustheit
Optimierung
Parametrisierung
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
schwanitz_pit.pdf139.01 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.