FE-DESIGN GmbH - Anwendungsbeispiel

Festigkeitserhöhung einer Stabilisatorkoppel der Vorderachse des AUDI A8

Aufgabenstellung des Kunden

Die Stabilisatorkoppel verbindet über je ein Gummilager den Traglenker und die Stabilisatorstange bei der Vorderachse des Audi A8. Aufgrund von Änderungen an der Vorderachse erfüllte der bis dahin erarbeitete Konstruktionsstand der Koppel nicht mehr die Festigkeitsanforderungen. Das Problem zeigt sich übereinstimmend sowohl im Versuch als auch in der Simulation. Die Spannung an der Bruchstelle war daher um mind. 25 % zu reduzieren, ohne die Bauteilgeometrie wesentlich zu verändern.

Unsere Lösung: Gestaltoptimierung

Nachdem eine Veränderung der Eckradien der Koppel nicht zum gewünschten Erfolg führte, wurde eine Gestaltoptimierung mit TOSCA Structure.shape durchgeführt. Als Optimierungsziel wurde die Minimierung der maximalen Spannung formuliert. Begrenzungsflächen wurden zur Beschränkung der Änderung der Bauteilgeometrie eingesetzt.

Erfolg für den Kunden

Als Ergebnis der Optimierung ergab sich eine Freiformgeometrie, durch die eine Spannungsreduktion von 30 % an der kritischen Stelle erreicht wird. Diese erhebliche Verbesserung ist im wesentlichen auf die spannungsoptimale Kontur zurückzuführen, die durch einfache Parameteroptimierung nicht erreicht werden kann. Die gefundene Struktur erfüllte die Steifigkeitsanforderungen für alle relevanten Lastsituationen. Somit stellte der erste CAD-Entwurf bereits eine sehr gute Basis dar, bei dem nur das für die Funktion nötige Material verwendet wurde. Durch eine nachgeschaltete Gestaltoptimierung auf Basis einer nichtlinearen FE-Berechnung wurden die plastischen Dehnungen signifikant reduziert und somit die Festigkeit des Bauteiles sichergestellt. Durch diese automatische Vorgehensweise konnte wertvolle Zeit gespart werden und gleichzeitig das volle Potential bei minimalem Gewicht ausgeschöpft werden.