Diplomstudiengang Fahrzeugtechnik und Flugzeugtechnik
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Die Entwicklung der Fahrzeugaerodynamik steht vor der Herausforderung, eine steigende Zahl an Fahrzeugmodellen zu immer besseren aerodynamischen Zielwerten optimieren zu müssen. Eine effizientere Entwicklungsarbeit ist durch ein steigendes Verständnis des Strömungsverhaltens zu erzielen. Das relevante Strömungsverhalten um einen stumpfen Körper spielt sich mit Blick auf Ablösung und Reibung innerhalb der Grenzschicht ab. Der Grundlagenteil enthält eine umfassende Recherche zu den vielzähligen Messmethoden zur Untersuchung der Fahrzeuggrenzschicht. Die empirische Studie untersucht die Methoden Particle Image Velocimetry (PIV), Hitzdraht, Wanddruckmessung, FlowViz und Wollfaden hinsichtlich der Kriterien Aufwand, Umfeldbeeinflussung und Ergebnis. Die Methoden wurden an einem Validierungsmessträger im AEROLAB des Aerodynamischen Versuchszentrums (AVZ) der BMW Group untersucht. Zum Vergleich mit Computational Fluid Dynamics (CFD) und zur Bewertung des Einflusses von Messaufbauten fanden parallel Strömungssimulationen mit EXA PowerFLOW statt. Der Vergleich zeigt Schwächen der Strömungssimulation im Bereich Grenzschicht und Ablösung. Das Ziel der Arbeit ist eine Handlungsempfehlung für den Einsatz experimenteller Methoden in der Fahrzeugaerodynamik sowie die Identifikation von Verbesserungspotentialen in der Anwendung. Die Visualisierungsmethoden FlowViz und Wollfaden liefern einen einfachen Einblick in das Strömungsverhalten. Sie eignen sich für schnelle Bewertungen von Detailoptimierungen. Die PIV erfordert den Einsatz komplexer Messtechnik. Sie ermöglicht die Analyse von flächigen Strömungsfeldern komplexer Strömungsgebiete und bietet sich daher für die Vorentwicklung und Validierung von CFD Codes an. Das Ergebnis der PIV Messung ist abhängig von der gewählten Soft- und Hardware sowie der Beschaffenheit der Modelloberfläche. Hitzdraht und Wanddruckmessung liegen hinsichtlich Ergebnis und Aufwand zwischen den qualitativen Methoden und der PIV. Im Gegensatz zur Wanddruckbohrung ist die Strömungsbeeinflussung bei der Hitzdrahtmessung zu berücksichtigen. Die Akzeptanz experimenteller Methoden ist abhängig vom Auswerteaufwand. Eine standardisierte, effiziente Auswertung kann Einsatzbereitschaft und Qualität der experimentellen Methoden erhöhen.
Bei der fortschreitenden Entwicklung der Fahrzeugtechnik werden hohe Anforderungen an das Crashverhalten gestellt, um primär den Insassen Sicherheit zu bieten und sekundär die Reparaturkosten bei einem Low-Speed-Crash zu minimieren.
Ein kleines Teilgebiet des Crashverhaltens, mit dem sich diese Diplomarbeit beschäftigt, sind die Crashboxen, die durch ihre Umformung einen großen Teil der Deformationsenergie absorbieren. Der Schwerpunkt der Arbeit wird dabei auf die irreversiblen axialen Deformations-prinzipien gelegt. Des Weiteren werden analytische und empirische Abschätzgleichungen, die auf dem kinematischen Ansatz der Plastizitätstheorie basieren, miteinander verglichen und über bestehende, experimentelle Tests bewertet. Dadurch kann eine Basis erstellt werden, die es ermöglicht, die beste Annährungsgleichung zu finden.
Die Auswahl des Materials und Deformationsprinzips, um die Energieabsorption zu maximieren, kann so schneller erfolgen.
Die Deformationsprinzipien der freien Inversion, der erzwungenen Inversion, der Verjüngung, der Aufweitung und der Faltung von runden Profilen sowie der Faltung von mehreckigen Profilen und spezieller Profilvariation werden beschrieben und mit realen experimentellen Tests verglichen. Zu den relevanten Bezugsgrößen der Deformationsvorgänge zählen die Energieabsorption, Energiedissipation, mittlere Kraft, Materialparameter und Geometrie-parameter. In der Arbeit soll zukunftsorientiert der Leichtbau als Grundlage dienen.
Damit die beste Variante ermittelt werden kann, werden alle Ergebnisse im jeweiligen Kapitel bewertet und mit einem Fazit beurteilt. Um die zugrunde liegenden Theorien zu optimieren und das bestmögliche Resultat für Crashabsorber zu erzielen, werden unter anderem auch eigene Ideen und Überlegungen mit eingebracht.