Titelaufnahme
Titelaufnahme
- TitelMass optimization method for automotive sheet metal components based on load path analysis using bonded steel patches / Daniel Neubauer ; Referent: Prof. Dr. rer. nat. Thomas Tröster, Koreferent: Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut, Koreferent: Prof. Dr.-Ing. Peter Kisters
- Autor
- Gutachter
- Erschienen
- Umfang1 Online-Ressource (xxviii, 149 Seiten) : Illustrationen, Diagramme
- HochschulschriftUniversität Paderborn, Dissertation, 2026
- AnmerkungTag der Verteidigung: 27.07.2026
- Verteidigung2026-07-27
- SpracheEnglisch
- DokumenttypDissertation
- Schlagwörter (GND)
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Klassifikation
Zusammenfassung
Für die Massenoptimierung von Blechbauteilen im Automobilbereich bieten das Reduzieren der Basismaterialstärke und die lokale Verstärkung durch eine zweite Blechlage erhebliches Potenzial für eine effizientere Materialnutzung. In dieser Arbeit wird eine neuartige finite-elemente-basierte Methode zur Auslegung solcher gepatchter Bauteile vorgestellt. Die Methode berücksichtigt Fertigungsbeschränkungen von Blechen und kombiniert die Lastpfadanalyse mittels der U* Inspection Load Method mit Elementen der Graphentheorie (Dijkstra-Algorithmus). Dadurch können geometrische Einschränkungen explizit berücksichtigt werden, indem alternative Lastpfade von den Lastangriffspunkten zu den Auflagestellen gebildet werden. Die Vorgehensweise wird durch ein Diskretisierungsmodell für die Patch-Geometrie erweitert, wodurch einheitliche Patchdicken erzeugt und das Potenzial zur Massenreduktion berechnet werden können. Die Fertigung dieser Blechverstärkungen durch klebtechnische Verfahren für schwingungsbelastete Fahrwerksteile wird untersucht und an einem Serienbauteil aus dem Automobilchassis, einem Vorderachsquerlenker eines Toyota Camry, validiert. Für dieses Bauteil wurden Leichtbauvarianten mit 15 % (410 g) bzw. 21 % (560 g) Gewichtseinsparung gefertigt und vergleichend zum Serienbauteil getestet.
Abstract
For mass optimization of sheet metal components in automotive applications, reducing the base sheet thickness and locally reinforcing with a second sheet metal layer offers significant potential for more efficient material use. This thesis presents a novel finite-element-based method for designing such patched components. The method considers sheet metal manufacturability constraints and combines load-path analysis using the U* Inspection Load Method with elements of graph theory (Dijkstra-Algorithmus). As a result, geometrical constraints can be explicitly incorporated by enabling the re-routing of load paths from load introduction to support locations. The formulation is extended by a discretization model for patch geometry, creating uniform-thickness patch geometries and calculating mass reduction potential. The manufacturing of the resulting patched components by adhesive bonding is evaluated with respect to fatigue strength. The method is validated through the optimization of a serial automotive wishbone link from a Toyota Camry front suspension. For this component, lightweight versions achieving 15 % (410 g) and 21 % (560 g) mass reduction were built and tested against the serial part.
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