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3. April 2003
Crashsimulation statt Crashtests
(he) Die Sicherheit von Fahrzeuginsassen hat oberste Priorität. Deshalb müssen Autos und andere Fahrzeuge, bevor sie auf die Straße kommen, auf ihre Sicherheit und Stabilität hin geprüft werden. Doch Crashtests können erst nach Fertigung von Prototypen durchgeführt werden. Fraunhofer-Wissenschaftler stellen innovative Methoden vor, mit der sich die Verformung und das Versagen von Bauteilen aus verschiedensten Materialien zuverlässig und schnell berechnen lässt.
Mobiltelefone oder Rasierer, komplette Autos oder sogar Züge - viele Konsumgüter müssen aufgrund von gesetzlichen Bestimmungen ihre Crashsicherheit nachweisen. Zwei Mechanismen spielen hierbei eine Rolle: die Verformung, die in der Knautschzone von Fahrzeugen wichtig ist und das Versagen, also der Bruch und damit die Zerstörung der Bauteile. Um die Sicherheit von Fahrzeuginsassen zu gewährleisten, sind während des Entwicklungsprozesses eines Automobils immer wieder Crashtests notwendig. Dabei werden zahlreiche Fahrzeuge zerstört - vor allem teure und handgefertigte Prototypen. Ziel der Forscher vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM ist es, diese Versuche möglichst vollständig durch Computerberechnungen zu ersetzen. "Das Verformungsverhalten von Stählen kann man mittlerweile gut voraussagen", weiß Dong-Zhi Sun vom IWM. "Beim Versagen von modernen Werkstoffen ist man derzeit allerdings noch nicht ganz so weit. Es fehlten vor allem relevante Werkstoffdaten, weshalb es sehr schwer sei zu modellieren, wie Schweißverbindungen oder neue Leichtbauwerkstoffe wie Magnesium versagen. Die Freiburger IWM-Wissenschaftler haben fortschrittliche Werkstoffmodelle für verschiedene Stoffe entwickelt. Sie basieren auf der mathematischen Beschreibung des jeweiligen Werkstoffverhaltens. Die notwendigen Kennwerte werden hierbei mit Versuchen an kleinen Proben ermittelt. Ein einfacher Zugversuch beispielsweise zeigt, ab welcher Belastung sich ein Werkstoff plastisch verformt und versagt. In zyklischen Versuchen wird geprüft, ob ein Werkstoff bei wiederholter Belastung weicher oder fester wird. Solche Tests müssen für verschiedene Temperaturen bis zu 1000°C durchgeführt werden. Die Werkstoffmodelle der IWM-Forscher sind Grundlage für Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode. Hierbei wird ein komplexes Bauteil mathematisch in Tausende geometrisch einfache Vierecke oder Würfel unterteilt. Mit einer neuen Software können dann die teuren Crashtests am Computer simuliert werden. Jetzt arbeitet man beim IWM daran, die Crashsimulation mit der Prozesssimulation, etwa beim Gießen oder Umformen, zu verknüpfen, um die Herstellungsgeschichte des Werkstoffs und sein dadurch verändertes Verhalten mit berücksichtigen zu können. Das Interesse der Automobilindustrie an der neuen Technik, die auf der Hannover-Messe präsentiert wird, ist groß: Neben BMW, VW, Opel und DaimlerChrysler gehört auch ThyssenKrupp Stahl TKS oder der Zughersteller Bombardier mit zu den Projektpartnern der IWM-Wissenschaftler.
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