Robuster Entwurf von energieabsorbierenden Fahrzeug-Crashstrukturen unter Berücksichtigung von Unschärfe

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Hanss
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 311931593

Die stetig wachsende Leistungsfähigkeit und Speicherkapazität moderner Computer ziehen eine ähnlich steigende Zunahme der Komplexität von Modellen nach sich, deren numerische Simulation im Rahmen der Produktentwicklung heutzutage Stand der Technik ist. Vor allem jedoch im Hinblick auf ihre Verwendung in rechenzeitintensiven Optimierungsverfahren, wie sie beispielsweise im Rahmen der Strukturoptimierung nötig sind, erweisen sich komplexe, hochdimensionale Modelle als wenig geeignet, und das insbesondere dann, wenn zusätzlich noch Ungewissheit du Unschärfe zu berücksichtigen sind, um ein robustes Produktdesign zu gewährleisten. Vor dem Hintergrund der steigenden Anforderungen an die Insassensicherheit, die eine zentrale Rolle beim Entwurf von Fahrzeugstrukturen spielt, besteht das Ziel des Forschungsvorhabens darin, eine neue, fuzzy-arithmetische Entwurfsstrategie für eine optimierte energieabsorbierende Fahrzeug-Crashstruktur in der Knautschzone zu entwickeln, die sich als robust gegenüber dem Auftreten von Unschärfe erweist. Die Anforderungen an die Robustheit der Struktur sind dabei zweigeteilt: Zum einen soll die Struktur robust gegenüber aleatorischer Unschärfe sein, die sich aus der Zufälligkeit und Unvorhersehbarkeit realer Crash-Situationen ergibt. Zum anderen soll die Struktur auch epistemische Unschärfe berücksichtigen, deren Auftreten auf einen Informationsverlust zurückzuführen ist, der durch Vereinfachungen, idealisierende Annahmen oder die Verwendung von Modellreduktionsmethoden hervorgerufen wird. Zum Erreichen des Projektziels sind Forschungsarbeiten nötig, die sich in drei Arbeitspakete unterteilen lassen: Nach der Herleitung verschiedener, vereinfachter Ersatzmodelle für das Gesamtfahrzeug werden bestimmten Modellparametern der Ersatzmodelle unscharfe Wertigkeiten in Form von Fuzzy-Zahlen zugeordnet mit dem Ziel, die inhärente Gesamtunschärfe der Ersatzmodelle auf diese Parameter abzubilden. Diese fuzzy-wertige Parameterunschärfe wird dann mit Hilfe inverser fuzzy-arithmetischer Methoden identifiziert, wobei der Weiterentwicklung und rechentechnischen Umsetzung dieser Methoden im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit für hoch-dimensionale Modelle eine Schlüsselrolle zukommt. Mit Hilfe eines neuartigen, vom Antragsteller entwickelten Verfahrens zur Modellgütebestimmung bei unscharf parametrierten Modellen wird dann das am besten geeignete Ersatzmodell ermittelt, das schließlich die Grundlage für die robuste Optimierung der crash-belasteten Fahrzeugstruktur unter Berücksichtigung von Unschärfe darstellt. Diese neue, im Laufe des Projektes zu entwickelnde Strategie, die eine explizite Einbeziehung von sowohl aleatorischer als auch epistemischer Unschärfe in Form von fuzzy-wertigen Größen bereits im Entwurfsstadium der Produktentwicklung ermöglicht, kann einen wesentlichen Beitrag leisten, um in der Endphase der Produktentwicklung teure und zeitaufwendige Überarbeitungen von Prototypen im Falle von nichtbeachteter Unschärfe zu vermeiden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1886: Polymorphe Unschärfemodellierungen für den numerischen Entwurf von Strukturen