Simulationsunterstützte funktionale Grenzlagenabsicherung

Die simulationsunterstutzte Toleranzrechnung (engl. Computer-Aided Tolerancing, CAT) hat sich neben der klassischen Bauteil- und Baugruppentolerierung in den letzten Jahren zu einer unverzichtbaren Ingenieursdisziplin entwickelt - gerade im Kontext der Serienfertigung eines Produktes. Durch eine Berucksichtigung von 3D-Geometrien, einhergehenden Hebelverhaltnissen, Fugefolgen und verschiedensten (Unter-)Bezugssystemen sowie unter Einbeziehung statistischer Ansatze ermoglicht es schon jetzt komplexe Toleranzbetrachtungen von Produkten, welche im Rahmen der Fertigung unsicheren Schwankungen, sowohl aus Produktions- als auch aus Prozesssicht, unterliegen. Eine wesentliche Pramisse, die bei derartigen Simulationen zugrunde gelegt wird, bezeichnet das angenommene ideal starre Verhalten aller Beitragsleister. Als direkte Folge jener Pramisse beschreibt diese Arbeit einen virtuellen Ansatz auf Basis einer schliesmasbasierten Toleranzbetrachtung, welcher sowohl Elastizitaten als auch ein mogliches nichtlineares Systemverhalten in der Toleranzsimulation berucksichtigt. Dieses Vorgehen zur Einbeziehung von Materialitaten und Interaktionen zwischen den abweichungsbehafteten Beitragsleistern erhoht die Prognosegute der Toleranzsimulation in Richtung einer realitatsnaheren Vorhersage. Basierend auf den Ergebnissen einer 3D-Toleranzanalyse, mit sich anschliesender statistischer Versuchsplanung zur Steigerung des prozentualen Erfullungsgrades (Verhaltnis von untersuchter zu maximal moglicher Grenzlagenanzahl) bei minimalem Aufwand, werden die schliesmasbezogenen prognostizierten Grenzlagen einer Finite-Elemente-Simulation (engl. Finite Element Method, FEM) zur Verfugung gestellt. Durch Einbeziehung der Materialitaten und Kontaktrandbedingungen werden fur das gewahlte System, welches nichtlinearen Effekten unterliegt, korrespondierende respektive eindeutig zuordenbare elastische Grenzlagenaussagen an den betrachteten Qualitatsmerkmalen generiert. Eine geeignete Strategie zur Kopplung der starren und elastischen Grenzlagenergebnisse wird auf Grundlage bestehender Forschungsansatze abgeleitet und hinsichtlich einer Prognose korrigierter Grenzlagenaussagen angewendet. Zudem werden, basierend auf den FEM-Simulationsergebnissen, Robustheitsuntersuchungen hinsichtlich des probabilistischen Einflusses einzelner Beitragsleister auf das Grenzlagenergebnis vorgestellt. Finale Korrelationsuntersuchungen plausibilisieren die Ergebnisse des virtuellen Ansatzes durch einen Vergleich mit den Ergebnissen eines geeigneten Experiments in Bezug auf den gewahlten Demonstrator.