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C. Schörkhuber:
"Methode für die Festigkeits- und Lebensdauerberechnung von Abgasanlagen";
Betreuer/in(nen): F. G. Rammerstorfer; Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik, TU Wien, 2006.

Die Entwicklung eines Fahrzeuges oder Komponenten davon unterliegt einem starken Kosten- und Zeitdruck. Immer größere Einsparungen sollen bei steigender Produktqualität durchgeführt werden. Die Simulation bietet hierfür ein weit reichendes Potential. Vor allem teure Versuchsreihen an realen Objekten lassen die Kosten der Produktentwicklung stark steigen.

Die Möglichkeit, bereits in der Konstruktionsphase die Eigenschaften eines Bauteiles bzw. mögliche Problemstellen zu kennen und gegebenenfalls entsprechend zu reagieren, bietet ebenfalls große Vorteile. Durch die Simulation von Strukturen ist weiters eine detaillierte Untersuchung von Prozessen und deren Wirkungen in einem System möglich.

Die in dieser Arbeit entwickelte Methode soll in beiden oben genannten Punkten Vorteile erzielen.

Ziel der Methodenentwicklung ist die Simulation einer Abgasanlage (AGA) in einem Gesamtfahrzeugmodell, mit einer kombinierten Finite Elemente und Mehrköpersimulation durchzuführen. Die Abgasanlage eines Fahrzeuges stellt ein äußerst komplexes System dar. Neben der Anlage, bestehend aus Formrohren, Katalysatoren und Entkoppelelement, beeinflussen die Gummiaufhängungen und Bewegungsanschläge durch ihre große Nichtlinearität die Eigenschaften des Systems stark. Eine reine lineare Finite Elemente (FE) Analyse scheitert an der Tatsache, dass nur lineare Randbedingungen (z.B. Aufhängungen) berücksichtigt werden können. Dies führt zu einer nur unzureichend genaueren Näherung der Realität.
In einem Mehrkörpersystem (MKS) können diese Nichtlinearitäten hingegen in ein System eingebracht werden. Die dadurch entstandene Verbesserung der Modellbildung ermöglicht eine verbesserte Ergebnisqualität.

Um eine möglichst realitätsnahe Simulation der Abgasanlage durchführen zu können, ist es notwendig, die Randbedingungen (Erregungen, die auf die AGA wirken) bestmöglich anzunähern. Hierfür wurde die Simulation eines Gesamtfahrzeugmodells durchgeführt, welches auf einer standardisierten Teststrecke fährt. Die Erregung der Abgasanlage erfolgt einerseits durch Einflüsse der Fahrbahn, andererseits durch Einflüsse des Motors. Zur Berücksichtigung von Fahrbahneinflüssen wurde ein sog. Pseudostraßenprofil aufgebracht. Um bei der Simulation der Fahrt eines Fahrzeuges auf einer Teststrecke die Motorerregung nachbilden zu können, wurde eine Methode zur Berechnung der Erregung durch freie Kräfte und Momente des Motors entwickelt. Diese Methode liefert Erregung des Motors, korreliert mit dem aktuellen Fahrzustand des Gesamtfahrzeugmodells, in Abhängigkeit der Motordrehzahl und der Motorlast.

Die bei der Berechnung durchfahrene Teststrecke beinhaltet in einfacher Form alle schädigungsrelevanten Einflüsse, die im Kundenbetrieb auf das Fahrzeug wirken. Die Simulation der Abgasanlage, eingebettet in ein Gesamtfahrzeugmodell, bietet mit einer nachgeschaltenen Schädigungsrechnung eine sehr leistungsfähige Möglichkeit zur Abschätzung möglicher vorhandener Problemstellen und Struktureigenschaften. Die durch die Simulation erhaltenen Ergebnisse stimmen sehr gut mit Vergleichsmessdaten überein.

Die entwickelte Methode kann als zusätzliche Option bei einer Standard-Schnittkraftberechnung ausgeführt werden. Die Möglichkeit einer kombinierten Berechnung beinhaltet eine weitere Chance zur Kostenreduktion.