Simulation

Die Wahl der Berechnungsmethode entscheidet oftmals über Kosten und Aussagegenauigkeit einer Simulation. Nicht alle Aufgabenstellungen lassen sich schnell in statisch oder dynamisch und linear oder nichtlinear klassifizieren.

 

Unsere langjährige Erfahrung hilft Ihnen dabei, den Lösungsweg effizient und produktgerecht zu gestalten und die passende Berechnungsmethode zu wählen.

Leistungen

Für viele Bauteile ist es ausreichend, diese Form der Berechnung zu wählen. Vor allem bei zu erwartenden geringen elastischen Verformungen und festen Verbindungstechniken wie Schrauben und Schweißnähten ist die Linearisierung zugelassen.

 

So ist zum Beispiel die Biege- und Torsionssteifigkeit einer Karosserie ein lineares Problem. Das Know-How liegt dabei vor allem in der Wahl der Blechverbindungstechniken und der Auflagerbedingungen.

 

Für diese Kategorie empfehlen sich besonders die Programmsysteme MSC/Nastran, ABAQUS und ANSYS.

Bei der linearen Festigkeitsanalyse werden die Spannungen im elastischen Bereich betrachtet. Bei hinreichend feiner Netzabbildung im Bereich hoher Spannungsgradienten und linearisierbarer Bauteilverbindung als auch Randbedingungen sind gute Ergebnisse zu erwarten.

 

In der Regel können die Berechnungsmodelle auch direkt für eine lineare Steifigkeitsanalyse verwendet werden.

 

Geeignet hierfür sind die Programmsysteme MSC/Nastran, ABAQUS und ANSYS.

Eine durch äußere Lasten beanspruchte Struktur wird mit den dagegen wirkenden Massenkräften ins Gleichgewicht gebracht. Durch diesen Sonderfall der linearstatischen Festigkeitsanalyse ist es möglich Bauteile ohne Lagerungseinfluss zu untersuchen.

 

Eingesetzt wird dieses Verfahren zum Beispiel häufig für die Spannungsermittlung von Karosseriestrukturen unter fahrdynamischen Lasten.

 

Zur Lösung dieser Aufgabenstellungen empfehlen sich besonders die Progammsysteme MSC/Nastran, ABAQUS und ANSYS.

Die mögliche Knicklast und das dazugehörige Ausknickverhalten, auch Beulenmethode, eines auf Druck beanspruchten Bauteils, findet im Fahrzeugbereich nur selten Verwendung.

Wir bieten die Topologie-, Blechdicken– und Shapeoptimierung an.

 

Die Topologieoptimierung nutzen wir häufig, um den Beschnitt von Blechstrukturen und den Materialeinsatz bei komplizierten Gussbauteilen zu optimieren. Dabei können die Bauteile unter der Beanspruchung mehrerer Lastfälle gleichzeitig optimiert werden. Aus der vom Programm übrig gelassenen Struktur wird dann unter Berücksichtigung der Fertigungsrandbedingungen, als auch aller funktionalen Aspekte, die neue Konstruktion erstellt.

 

Die Blechdickenoptiomierung wird benötigt, um zum Beispiel die Wandstärken einer Karosserie unter Berücksichtigung statischer als auch dynamischer Zielwerte optimal zu verteilen. Die neuen Blechdicken werden anschließend zusammen mit den Anforderungen aus dem Crash und der Festigkeit festgelegt.

Eine weitere Anwendung stellt die optimale Wandstärkenverteilung in einem Kunststoffspritzgussbauteil dar.

 

Bei der Shapeoptimierung lassen sich geometrische Abmessungen einer Struktur variieren.

Bei vorhandenem Geometriebezug können das zum Beispiel Radien, Durchmesser oder Körpermaße sein.

Liegen nur FE-Netze vor, kann die Struktur über eine entsprechende Parametrisierung von Knotenkoordinaten in ihren Grenzen verändert werden.

Bei der Abschätzung einer Bauteillebensdauer werden zuvor berechnete Spannungen einem Lebensdauerprogramm zugeführt.

Dabei kann die Beanspruchung mehrachsig sein.

Die Spannungen können einer linear/nichtlinear statischen Einheitslastrechnung oder einer linear/nichtlinear dynamische transienten Berechnung entnommen werden.

 

Durch die Abarbeitung vieler Lebendsdauerfragen, speziell im Bereich der Fahrzeugkarosserie, greifen wir auf ein sehr großes, in dem Bereich notwendiges Erfahrungspotential zurück.

Auf dem Gebiet der Festigkeit und Lebensdauer haben wir für einen namenhaften Automobilhersteller im deutschen Raum die Integration in den Entwicklungsprozess von Fahrzeugen durchgeführt. Aktuelle Anwendungen finden im Bereich Nutz- und Offroadfahrzeuge statt.

 

In Verbindung mit unserer Versuchsabteilung sind wir in der Lage von der Radlastvermessung an Gesamtfahrzeugen, der Schnittlastenerstellung bis hin zur Lebensdauersimulation den kompletten Ablauf anzubieten.

 

Die Lebensdaueranalysen werden mit dem umfangreichen Programm FEMFAT durchgeführt.

Die Temperaturberechnung ist dann von besonderem Interesse, wenn geklemmte Komponenten in einem weiten Temperaturbereich betrieben werden. Dann können die natürlichen Spannungen des Körpers zu einer Schädigung der Komponenten oder einer inakzeptablen Verformung führen.

 

Immer wichtiger, um selbst Komponenten zu gewinnen, die aus verschiedenen Materialien bestehen. Hier können bimetallische Effekte viele negative Attribute mit sich bringen.

Die Eigenfrequenzen eines Systems stehen an erster Stelle bei der Auslegung dynamisch beanspruchter Systeme.

Zur Vermeidung von Spannungsüberhöhungen, starken Vibrationen und akustischen Problemen können gezielt Frequenzfenster belegt werden, welche die Beeinflussung der Komponenten untereinander und die der Anregung minimieren können.

 

Bei der Berechnung von Eigenfrequenzen sehr komplexer Strukturen, z.B. der eines Gesamtfahrzeuges, können wir einen über viele Jahre gewachsenen Erfahrungsschatz mit ständig durchgeführten Abgleichen zu Versuchsergebnissen aufweisen.

Auf Basis der Berechneten Eigenfrequenzen eines Systems, lässt sich mit Hilfe der modalen Frequency-Response-Analyse der dynamische Übertragungspfad von einem zum anderen Punkt berechnen. Die Übertragungspfade beschreiben die Antwort einer Struktur im Frequenzbereich.

Ähnlich wie bei den Eigenfrequenzanalysen haben uns viele Projekte in der Vergangenheit zu einem beträchtlichen Know-How verholfen. Auf dem Gebiet des Körperschalls bieten wir die Analyse von Eingangsimpedanzen und Transferfunktionen an.

Als klassisches Programm für diesen Zweck verwenden wir MSC/Nastran. Derartige Analysen können selbstverständlich auch mit den Programmen ABAQUS und ANSYS durchgeführt werden.

Auf Basis der berechneten Eigenfrequenzen eines Systems, lässt sich mit Hilfe der modalen Transient-Response-Analyse die Antwort des Systems im Zeitbereich berechnen. Sind Anschläge und Kontakte im System vernachlässigbar, so können Spannungsen, Kräfte und Verschiebungen zur Beurteilung der Konstruktion bei unterschiedlichsten Anregungstypen herangezogen werden.

 

Typische Anwendungsbeispiele sind jegliche Arten von Shaker-Simulationen. Neben der Berechnung und Lösung von Strukturproblemen bieten wir hier auch die Definition und Gestaltung von Prüfständen an.

Vor allem Zulieferbetriebe profitieren hier von unseren Kenntnissen und Erfahrungen auf dem Gebiet der Gesamtfahrzeugdynamik. Auch ohne Karosserien können ganze Baugruppen in einer korrekten dynamischen Umgebung abgeprüft werden.

 

Als klassisches Programm für diesen Zweck verwenden wir MSC/Nastran. Derartige Analyse können selbstverständlich auch mit den Programmen ABAQUS und ANSYS durchgeführt werden.

Einen Sonderfall der Frequency-Response-Analyse stellt die Innenraumakustik dar. Die Übertragungsfunktionen werden hier nicht nur im Körperschallbereich ermittelt, sondern durchlaufen bis zu jedem beliebigen Mikrophonpunkt das Medium Luft.

Die Größe und Form des Innenraums, als auch die Beschaffenheit der Innenraummaterialien hat hier zusätzliche Auswirkungen.

 

Als klassisches Programm für diesen Zweck verwenden wir MSC/Nastran. Derartige Analysen können selbstverständlich auch mit den Programmen ABAQUS und ANSYS durchgeführt werden.

 

Eine weitere Möglichkeit bietet uns das Programm BEAKUS, welches auf der BE-Methode basiert. Damit ist es möglich die Schallabstrahlung im gestörten oder ungestörten Raum zu berechnen.

Kontakte werden in einem System oft dann definiert, wenn sich während der Belastung durch Berühren von Körpern der Lastpfad ändern kann. Ein Beispiel hierfür findet man bei der Kompression eines mehrzelligen Dichtungsprofils, bei dem durch die interne Blockbildung einer Zelle die Progressivität der Kraft-Weg-Kennung steigt. 

Ein weiteres typisches Anwendungsbeispiel stellt die Berechnung eines Flansches dar, bei dem eine Aussage über die Dichtfunktion gemacht werden soll. Kontakt ist immer dort notwendig, wo nur Druckkräfte übertragen werden können. 

Ein Sonderfall des Kontaktes, der „Tied-Kontakt“, ermöglicht es unterschiedliche Netze miteinander zu verbinden. In bestimmten Fällen kann hier viel Zeit für die Vernetzung eingespart werden. 

 

Für derartige Aufgabenstellungen werden in unserem Haus die Programme ABAQUS, ANSYS und MSC/Marc verwendet.

 

Beispiele:

  • Kontaktberechnung mit Fliehkraft-, Dampfdruck- und Temperaturbelastung
  • Dichtungsverformung mit Selbstkontakt
  • Berechnung eines Federbeindom Stützlagers mit Schraubenvorspannung

Geometrische Nichtlinearität muss berücksichtigt werden, wenn sich aufgrund der Bauteilverformung die Systemsteifigkeit verändert. Bei nahezu allen nichtlinearen Berechnungen wird diese Option ausgewählt.

Eine implizit dynamische Berechnung ist einer statischen immer dann vorzuziehen, wenn Trägheitseffekte oder Schwingungen das Gesamtergebnis beeinflussen können und nicht vernachlässigbare Nichtlinearitäten vorliegen. 

In unserem Haus werden nahezu alle Kinematikberechnungen wie Gestänge von Soft- oder Hard-Tops und Heckklappenanlenkungen mit dieser Methode berechnet. Die Vorteile gegenüber einer konventionellen Starrkörper-Kinematik liegen vor allem darin, dass wir mit dieser Methode die Realität nahezu ohne Einschränkungen simulieren können. Wir sind in der Lage über ein leistungsgesteuertes Hydrauliksystem die Kinematik mit allen Bauteilen und Anschlägen in Echtzeit zu öffnen und zu schließen. Neben dem Kraftbedarf und den Gelenkkräften beinhaltet die elastische Berechnung auch Aussagen zur Gleichförmigkeit der Bewegung und liefert die Spannungen eines jeden Bauteiles über dem Bewegungsablauf. Kontakte und nichtlineare Materialeigenschaften jeglicher Art können berücksichtigt werden. 

 

Nach mehrjähriger numerischer Optimierung und Anwendung dieses Prozesses ist es uns gelungen, das Verfahren für ein breites Spektrum an Aufgabenstellungen kostengünstig nutzbar zu machen. 

 

Für derartige Berechnungen wird in erster Linie das Programm ABAQUS eingesetzt.

 

Beispiele:

  • Öffnen und Schließen eines Hartschalen-Dachsystems
  • Öffnen und Schließen eines Heckklappensystems
  • Einseitiger Blockierlastfall eines Hartschalen-Dachsystems

Wird die Belastung in einem Bauteil so hoch, dass die untere Streckgrenze eines Werkstoffs überschritten wird, sollte ein nichtlineares Materialmodell verwendet werden. Die meist aus Materialversuchen stammende plastische Dehnungskurve beschreibt das Dehnungsverhalten bis zur zulässigen oberen Streckgrenze. 

Ein weiteres nichtlineares Materialverhalten stellt die Gruppe der Elastomere dar. Die Parameter für die Koeffizienten-Materialmodelle ermitteln wir nach Angabe der „Shore-Härte“ oder fahren nach Ihren Versuchskurven ein „Curve Fitting“ durch. 

Sind keine Werkstoffwerte in unserer eigenen Datenbank oder bei Ihnen vorhanden, kümmern wir uns auch um die Ermittlung der entsprechenden Materialparameter. Neben klar definierten DIN-Versuchen für metallische Werkstoffe, legen wir auch komplett neue, problemorientierte Prüfszenarien alternativer Verbundwerkstoffe fest. Dabei arbeiten wir vornehmlich mit Instituten verschiedener Universitäten zusammen. 

 

Für derartige Aufgabenstellungen werden in unserem Haus die Programme ABAQUS, ANSYS und MSC/Marc verwendet.

 

Beispiele:

  • Plastisch verformter Verschlusshaken
  • Nach einer Schwellenüberfahrt verbogenes Federbeinstützlager
  • Prüfaufbau eines Faserverbundwerkstoffes
  • Abgeleitetes Berechnungsmodell eines Faserverbundwerkstoffes
  • Eigenentwicklung eines Berechnungsmodells für Stofffaltung

In the field of vehicle safety, it is possible to cover us all, with the FE method usually to calculate areas.

 

These are all for one high-speed load cases for the front, side and rear crashes. Many development projects together with our customers have led to a great experience potential. In the low-speed load cases we often failed the available space for the implementation of new energy concepts deformation optimally exploit.

 

In importance in recent years has also won the pedestrian protection. Here we have developed under different projects concepts for bumpers and front flap systems.

 

The three programs calculate PAM-CRASH, LS-DYNA and ABAQUS / explicit are used in our simulation for the different crash scenarios. The choice of program to be used depends on the wishes of our customers.

  • Head-on impact
Grill model for head impact
Middle console for head impact simulation

makross models for grills and control units provide excellent correlation to test results in the FMVSS 201 and ECE R21 load cases

 

  • Head-on Crash
 
  • Rear-end Crash
  • Pedestrian safety
  • Side crash
  • Head impact
  •  

Mittels de­tail­lierter Methoden berechnen wir Missbrauchsfälle.

  • Info Display
Info Display Movement Simulation
  • Handschuhfachschloss

Dummysimulationen sind heute ein fester Bestandteil der meisten Crashlastfälle. Sind für ein Crashszenario neben den Fahrzeugkenngrößen auch die Dummybelastungswerte gefragt, führen wir die komplette Analyse mit Airbagsystemen durch.

 

Bei der Komponentenauslegung von zum Beispiel Sitzen verwenden wir häufig die kostenlos zur Verfügung stehenden Starrkörperdummys. Die Lasteinleitung in die Struktur kann damit gut wiedergegeben werden.

Front- und Heckcrashanalyse, ECE-R17, Eigenfrequenz- / Shaker- / Geräuschanalyse (explizit und implizit)

 

Referenzen:

 

D4/T99 Audi, BMW 7-Series (F01), Rolls Royce (RR4), VW Golf / Passat / Skoda

  • Armlehne

Simulationsmodell Armlehne

  • Mittelkonsole

 

Simulationsmodell Mittelkonsole

Im Rahmen von Diplomarbeiten und Vorentwicklungsthemen haben wir für unsere Kunden eine Berechnungsmethode entwickelt, mit der der komplette Zuschlagvorgang einer Tür oder Klappe inklusive Schlossmechanismus und Dichtung simuliert werden kann. Mit den Ergebnissen aus der Berechnung können die meisten Fragestellungen beantworten werden.

Zum einen werden Kollisionen mit sonstigen Karosserieteilen und die Spaltmaßsituationen erörtert. Zum anderen kann das dynamische Abklingverhalten und die Form des Kraft-Zeit-Verlaufs der Schlosshakenkraft Rückschlüsse auf das zu erwartende Schließgeräusch ermöglichen. Die transienten Kraftverläufe können der Auslegung von Schlössern, Scharnieren und Anschlagpuffern dienen.

Ein weiteres Ziel dieser Berechnungsmethode bestand darin, Aussagen über die Bauteilfestigkeit der tragenden Struktur und der angebundenen Komponenten zu machen. Hierfür haben wir zusammen mit der Firma LMS eine Möglichkeit entwickelt, die transienten Elementspannungen in dem Lebensdauerprogramm LMS FALANCS weiter zu verarbeiten. So kann mit diesem Prozess die Anzahl der Zuschläge für eine bestimmte Schließgeschwindigkeit bis zum Beginn eines Versagens vorrausgesagt werden. Die Integration von nichtlinearem Materialverhalten mit Dehnratenabhängigkeit ermöglicht es auch Missbrauchslastfälle zu simulieren.

 

Für die Simulation eines Türen- oder Klappenzuschlags eignen sich die drei Programme PAM-CRASH, LS-DYNA und ABAQUS/explizit.

Treten bei einer Kinematikanalyse Nichtlinearitäten auf, die implizit dynamisch nicht konvergierbar sind, kann mit einer expliziten Starrkörpersimulation eine Lösung gefunden werden. Dies tritt vor allem dann auf, wenn Teile der Kinematik über Kulissenführungen mit ausgeprägten Kontaktregionen definiert sind, oder eine Stoffsimulation für ein Soft-Top integriert werden soll.

Statische Lastfälle mit sehr großen Nichtlinearitäten können oft nur mit starken Vereinfachungen implizit berechnet werden. In bestimmten Fällen empfiehlt es sich deshalb auf der Berechnungstypseite auf Genauigkeit zu verzichten und dafür die Randbedingungen realistischer abzubilden. Als Beispiele hierfür kann ein quasistatischer Dachdrücktest oder ein ECE R14 mit Gurten und Body Blocks herangezogen werden. Bei allen Berechnungen wird die Berechnungszeit soweit verkürzt, dass gerade keine Einflüsse durch Massenträgheiten mehr feststellbar sind.

Durch lange Entwicklungsarbeit ist es uns gelungen eine Berechnungsmethode zu etablieren, die das Stoffverhalten während des Öffnens und Schließens eines Dachsystems widerspiegelt. So ist es möglich Stofffalten präzise vorauszusagen und Überdehnungen sichtbar zu machen. Mögliche Scheuerstellen und in der Ablage eingeklemmte Stoffbereiche werden lokalisiert. 

 

Schon bevor die ersten Prototypen existieren ist es möglich die Stoffablage durch gezielte Faltenauslegung zu optimieren.

Moderne Cabrio Systeme können auch während der Fahrt geöffnet und geschlossen werden, die Fluid Simulation bietet hier die Informationen über den Druck an den sich öffnenden Dachschalen. Zudem kann die Druckverteilung auf Bauteilen wie Schiebedachsystemen, Cabriodachschalen, Seitenfenstern, Heckspoilern, etc. bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ermittelt werden.

 

Die berechneten Drücke oder Kräfte dienen sowohl statisch als auch transient als Input für weitere Strukturberechnungen.

CFD 1
CFD 2

Basis einer qualitativ hochwertigen und aussagefähigen Berechnung ist das zugrunde liegende FE-Netz.

Hier haben wir unsere eigenen, gewachsenen Vorstellungen und Qualitätsrichtlinien. Bei Bedarf richten wir uns aber selbstverständlich auch nach Ihnen.

 

Durch die Zusammenarbeit mit einer Partnerfirma in China und einer eigenen Filiale in Shanghai ist es uns trotz der hohen und ständig wachsenden Qualitätsanforderungen auch in Zukunft möglich, ein niedriges Preisniveau zu gewährleisten.

Nach unseren oder Ihren Anforderungen werden dort von hoch qualifizierten Ingenieuren FE-Modelle kostengünstig erstellt. Ein optimierter und eingespielter Prozess stellt somit Kapazitäten zur Verfügung, die bei Bedarf jederzeit eingebracht werden können.

 

Von dieser gesteigerten Flexibilität und den gesenkten Kosten können unsere Kunden direkt profitieren.

 

Komplizierte und sehr zeitaufwendige zu erstellende Mittelflächen-Schalen-Modelle von Kunststoff- oder Gussbauteilen werden wieder erschwinglicher. Auch anspruchsvolle Sondervernetzungen werden nach unserem flexiblen Vorlagenkatalog zur vollsten Zufriedenheit ausgeführt.