Ableitung und Validierung eines FE-Ersatzmodells für strukturierte Bleche

Derivation and validation of a FE surrogate model for structured sheet metals

  • Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines vereinfachten mechanischen Ersatzmodells für strukturierte Bleche. Diese bewirken durch ihre eingebrachten Formen eine Verbesserung der Bauteilsteifigkeit und des Beulverhaltens und versprechen somit hohes Potenzial hinsichtlich industrieller Anwendungen im Leichtbau. Zunächst wird ein Einblick in die theoretischen Grundlagen gegeben, welche essentiell für das Verständnis der Arbeit sind. Anschließend wird ein vereinfachtes Ersatzmodell entwickelt, welches auf Basis von Homogenisierungsprozessen anisotrope Materialparameter beschreibt, um das elastische Verhalten großer Strukturen aus strukturierten Blechen berechnen zu können. Für die Ersatzkennwerte werden Symmetrie- und Randbedingungen an Elementarzellen betrachtet, deren strukturmechanisches Verhalten repräsentativ bestimmend ist. Die Bestimmung eines solchen Repräsentativen Volumenelements (RVE) stellt die Basis der Homogenisierungsmethode dar. Mithilfe des Ersatzmodells wird eine effiziente numerische AuslegungDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines vereinfachten mechanischen Ersatzmodells für strukturierte Bleche. Diese bewirken durch ihre eingebrachten Formen eine Verbesserung der Bauteilsteifigkeit und des Beulverhaltens und versprechen somit hohes Potenzial hinsichtlich industrieller Anwendungen im Leichtbau. Zunächst wird ein Einblick in die theoretischen Grundlagen gegeben, welche essentiell für das Verständnis der Arbeit sind. Anschließend wird ein vereinfachtes Ersatzmodell entwickelt, welches auf Basis von Homogenisierungsprozessen anisotrope Materialparameter beschreibt, um das elastische Verhalten großer Strukturen aus strukturierten Blechen berechnen zu können. Für die Ersatzkennwerte werden Symmetrie- und Randbedingungen an Elementarzellen betrachtet, deren strukturmechanisches Verhalten repräsentativ bestimmend ist. Die Bestimmung eines solchen Repräsentativen Volumenelements (RVE) stellt die Basis der Homogenisierungsmethode dar. Mithilfe des Ersatzmodells wird eine effiziente numerische Auslegung gewährleistet. Der anschließende Vergleich mit experimentellen Ergebnissen unterstützt die Validierung des vereinfachten Ersatzkontinuums.show moreshow less
  • The present work describes the development of a simplified mechanical surrogate model for structured sheet metals. Due to their stiffeners these metals effect an improvement of the component stiffness and buckling behaviour and therefore promise high potential with respect to industrial applications in lightweight design. At first an insight is given in the theoretical fundamentals that are significant for understanding the present work. Subsequently, a simplified surrogate model is developed which describes anisotropic material parameters based on homogenization processes, to be able to calculate the elastic behaviour of large structures. The contemplation of both symmetry and boundary conditions on elementary cells, whose structural mechanical behaviour is representative, helps identifying the surrogate parameters. The determination of such a representative volume element (RVE) can be regarded as the basis of the homogenization method. With the aid of the surrogate model an efficient numerical designing is ensured. The followingThe present work describes the development of a simplified mechanical surrogate model for structured sheet metals. Due to their stiffeners these metals effect an improvement of the component stiffness and buckling behaviour and therefore promise high potential with respect to industrial applications in lightweight design. At first an insight is given in the theoretical fundamentals that are significant for understanding the present work. Subsequently, a simplified surrogate model is developed which describes anisotropic material parameters based on homogenization processes, to be able to calculate the elastic behaviour of large structures. The contemplation of both symmetry and boundary conditions on elementary cells, whose structural mechanical behaviour is representative, helps identifying the surrogate parameters. The determination of such a representative volume element (RVE) can be regarded as the basis of the homogenization method. With the aid of the surrogate model an efficient numerical designing is ensured. The following comparison with experimental results supports the validation of the simplified surrogate continuum.show moreshow less

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Metadaten
Author: Mahler-de Silva, Tina
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35484
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Kühhorn, Arnold
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2015
Date of final exam:2015/04/30
Release Date:2015/09/04
Tag:Ersatzmodell; FEM; Homogenisierung; Modalanalyse; Strukturierte Bleche
Homogenization; Modal analysis; Structured sheet metals; Surrogate model
GND Keyword:Finite-Elemente-Methode; Homogenisierung <Mathematik>; Mehrkörpersystem; Strukturiertes Blech
Institutes:Fakultät 3 Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme / FG Strukturmechanik und Fahrzeugschwingungen
Institution name at the time of publication:Fakultät für Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen (eBTU) / LS Strukturmechanik und Fahrzeugschwingungen
Licence (German):Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.