Simulationsgestützte Wandstärkenoptimierung und Detailkonstruktion eines innovativen Fahrwerkrahmens für ein kleines, leichtes Schienenfahrzeug

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der konstruktiven Überarbeitung eines innovativen EinzelLosradachs-Fahrwerksrahmens für das Konzeptfahrzeug NGT TAXI (Achslastvariante 16t). Ausgangspunkt der Arbeit ist das Mittelflächenmodell des Fahrwerkrahmens, das die Bauweisen-vorgebende Strukturinterpretation einer Topologieoptimierung darstellt. Das primäre Ziel der Arbeit besteht darin, das Mittelflächenmodell unter Einhaltung geltender Normen in einen fertigungs- und beanspruchungsgerechten Konstruktionsentwurf mit diskretisierten Wandstärken zu überführen. Dafür findet eine methodische Synergie aus der konventionellen strukturmechanischen Finite-ElementeAnalyse und einer simulationsgestützten Strukturoptimierung (Free-Size- und Gauge-Size-Optimierung) Anwendung. Alle Simulationen werden mit der Software-Plattform Altair HyperWorks durchgeführt. HyperWorks-Referenzmodelle und In Python programmierte Finite-Elemente-Optimierungsmodelle dienen einer Herleitung dieser Methodik und der Herausforderungen im Einsatz der Simulations-Verfahren. Im Rahmen der Bauteil-Simulationen werden Modell-Idealisierungen sowie die Unsicherheiten in der Übertragung normativer Grundlagen kritisch bewertet. Trotz der zum Teil unscharf definierten Anforderungen zeigt diese Arbeit einen fundierten Weg zur Erhöhung des Leichtbaugrads auf. Eine zentrale Erkenntnis ist, dass insbesondere die Wahl der Lagerungskonzepte die erforderliche Rahmensteifigkeit und das Leichtbaupotential maßgeblich beeinflussen. Damit leistet die Arbeit einen wichtigen Beitrag zur effizienten Fahrwerksauslegung, um technische und ökonomische Hürden für die Reaktivierung von Nebenstrecken abzubauen.