Automobilindustrie Fallbeispiele
Aus ESOCAETWIKIPLUS
Kategorie: Fallbeispiele
Fallbeispiele
W.Sczygiol:
"Zukünftige Anforderungen an eine virtuelle Produktentwicklung aus Sicht eines Systemlieferanten der Automobilindustrie"
CADFEM Users Meeting 2014, Nürnberg, 1.01.03 www.usersmeeting.com
Einige Stichworte zum Inhalt
- Anforderungen, Design, Testing
- Status quo: analytische und numerische Methoden, Test, Robustheitsbewertung
- Herausforderungen und Anforderungen
L.Kostetzer
Batterie Management Simulation for Automotive Application with ANSYS Simplorer
CADFEM Users Meeting 2012, Kassel, 1.14.02 www.usersmeeting.com
Stichworte
- Elektro-Mobilität, Systemsimulation
- Design-Untersuchung im frühen Auslegungsstadium
- Fahrzeugdynamik, Verbrauch, Performance
Simulation
- Systemsimulation
- Elektrische Systemauslegung
Brake-Squeal Analysis with ANSYS Mechanical and optiSLang
Stichworte
Simulation
- Modalanalyse mit Vorspannung
- nichtlineare Kontakte mit Reibung
- Optimierung
Virtual Paint Shop , Thermische Analyse Audi R8 zur Simulation der Lacktrocknung
Stichworte
- Fahrzeug-Karosserie
- Lacktrocknung, Lackaushärtung, Kleberaushärtung, Bake hardening
- Grundierung, Tauchlackierung
Simulation
- Fahrzeugmodell aus dem Crash-FEM-Modell
- Ofenmodell zur Simulation der Randbedingungen
- Temperaturfeld-Berechnung mit Konvektion und Wärmestrahlung
Stichworte
- Fahrzeug-Karosserie
- Lacktrocknung, Lackaushärtung
- Detail Lautsprechernische
Simulation
- Ofenmodell zur Simulation der Randbedingungen
- Temperaturfeld-Berechnung mit Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung
- Strukturmechanik-Berechnung der Verformungen und Spannungen
Stichworte
- Fahrzeug-Tür
- Dynamisches Verhalten der Tür und der Karosserie beim Schließen
Simulation
- FEM-Simulation der transienten Strukturmechanik
- Modell-Aufbereitung und Lösung mit CMS "component mode synthesis" (vergleichbar mit Substrukturtechnik)
Schwingungssimulation für Automotive-Komponenten , Frequenzabhängige Feder-Dämpferelemente in ANSYS®
Stichworte
- Fahrzeugbau, Motoraufhängung
- Schwingungsdämpfer
- Gummi-Federelement
- Schwingungsverhalten
Simulation
- dynamische Simulation der Strukturmechanik
- Gummi-Material, frequenzabhängiges Steifigkeits- und Dämpfungsverhalten
- Frequenzganganalyse
Stichworte
- Fahrzeugbau, Frontscheibenabdichtung
- Clipverbindung
- Gummi-Dichtungslippe
- Einrasten und Entrasten der Verbindung
Simulation
- FEM-Simulation der Strukturmechanik
- netzfreie Methode (meshless method)
- große Materialverformungen
- Variantenuntersuchung
Aus Fachzeitschriften und Publikationen
Seit Beginn der praktischen Anwendung findet die FEM in der Automobilindustrie eine starke Verbreitung. Besonders in den 1990er Jahren kann festgestellt werden, dass nahezu alle Teile des Automobils mit FEM analysiert werden. Das Berechnungsspektrum reicht von der Dimensionierung der Schalldämpferanlage bis hin zur Berechnung des kompletten Motors, der Karosseriesteifigkeit und der Umströmung des Fahrzeugs. Über die umfangreichen Anwendungen in diesem Industriesektor wird alle zwei Jahre bei der VDI-Tagung in Würzburg berichtet. "Durch die Integration der CAE-Techniken in den Entwicklungsprozess wurde eine wesentliche Voraussetzung zu einer erheblichen Verkürzung der Entwicklungszeiten geschaffen. Die analytische Absicherung von Konstruktionslösungen durch den frühen Einsatz hochwertiger Berechnungsmethoden kam bei der Boxterentwicklung konsequent zum Einsatz. Bauteilentwürfe wurden bereits in der Konzeptphase, das heißt ohne Vorhandensein von Hardware in kürzester Zeit überprüft und falls erforderlich rechnerunterstützt optimiert." berichtet Porsche /Schelkle/. Opel konnte durch rechnerische Variation von Geometrie und Material ein Jahr an Entwicklungszeit einsparen (Focus 34/1995).
Die Finite-Element-Methode wird auch in der Serienvorbereitung eingesetzt.
Da viele Bauteile durch Blechumformung ihre Form erhalten, ist
die Simulation des Ziehprozesses ein weiteres Untersuchungsgebiet.
Hierbei werden Aussagen über das Materialverhalten und das
Versagen von Blechteilen, aber auch die Machbarkeit der gewünschten
Form getroffen. "Kann die Machbarkeit der gewünschten Form mit allen
Möglichkeiten der Werkzeugänderungen nicht garantiert werden, so ist
es sogar möglich, dass die Form des Bauteils modifiziert
werden muss" /Balasubramanian/.
"Sicherheit wird im Automobilbau großgeschrieben. Bei einer
Verdreifachung der Fahrleistung aller Kfz in Deutschland auf
600 Mrd. Km seit 1970 konnte die Zahl der getöteten PKW-Fahrer
und -Insassen von über 9.000 in 1970 auf knapp 4.000 in 1995
reduziert werden. Gurt, Airbag und ausgefeilte Konstruktionen
haben das Risiko deutlich vermindert, bei einem Unfall ums Leben
zu kommen", resümierte Prof. Dr.-lng. Ulrich Seiffert auf der
Tagung Crash-Tech '96. Rechnerische Crash-Tests haben zu diesem
Erfolg entscheidend beigetragen. "Bevor die Geometrie von
sicherheitsrelevanten Bauteilen freigegeben werden kann, muss
bei Mercedes-Benz AG die Erfüllung von Anforderungen an das
Crash-Verhalten des Fahrzeugs sichergestellt werden. Mit
Crash-Berechnungen kann schon im Vorfeld geprüft werden, ob
diese erfüllt sind" /Balasubramanian/. Das Einsparpotential wird so hoch
eingeschatzt, dass sich General Motors zu einem Virtual-Reality-Lab
in Los Alamos zur Durchführung von sicherheitsrelevanten Crashtests
entschlossen hat. Damit werden viele Versuche eingespart, die
jeweils mit etwa US $ 750.000 veranschlagt werden (Blick durch
die Wirtschaft 28.3.96). Die stürmische Entwicklung der
Crashsimulation von PKWs ist eindrucksvoll in l6l zusammengefasst.
Die rechnerischen Modelle sind von anfänglich 5.000 Elementen
in zehn Jahren auf 80.000 Elemente angewachsen. 1997 liegen die
Modelle bereits bei 200.000 Elementen, 2005 bei 2 bis 4 Mio Elementen.
Sie erlauben damit natürlich eine sehr viel genauere Beurteilung
des Verhaltens der Struktur.
Wegen der strengen amerikanischen Richtlinien wurde die Entwicklung
abgasarmer Dieselaggregate in den USA stark vorangetrieben. Mittels
einer Temperatur-Spannungsanalyse, gekoppelt mit dem
Optimierungsalgorithmus von ANSYS, konnte eine optimale Form und
Anordnung des Kühlkanals gefunden werden. Dadurch wurde eine
gleichmäßige Temperatur- und Spannungsverteilung erzielt. Dies
führte zu geringeren Abgaswerten, aber auch zu höherer Lebensdauer /Urbani/.
Im Antriebsbereich wurden Achsmanschetten der Gelenkwellen
für alle Lenkwinkel untersucht, um einen Ausfall des Bauteils
durch Abnutzung oder Überhitzung zu vermeiden und eine hohe
Lebensdauer zu erreichen. Bei der Berechnung waren besondere
Anforderungen durch das Materialverhalten des Gummi-Werkstoffes
und durch die komplizierten Kontaktbedingungen zwischen den
Falten der Manschette zu berücksichtigen.
Adapco, USA, hat sich darauf spezialisiert, Motoren und
Zusatzaggregate detailliert zu modellieren und auf ausreichende
Kühlung, mechanische Festigkeit, Verformungs- und
Dichtheitsverhalten zu untersuchen. Neben der Berechnung von
Temperaturen und mechanischen Beanspruchungen sind auch akustische
Untersuchungen von Interesse. Mit der zunehmenden Rechnerleistung
ist es möglich, ein großes Modell des gesamten Aggregates zu
erstellen und mit diesem einen Modell alle Berechnungsziele zu
erreichen und die technischen Entscheidungen zu treffen. FEV
Motorentechnik führte an 4-Zylinder-Reihenmotoren Modalanalysen
und Frequenzganganalysen durch, um aus der Schallschnelle an der
Oberflache die Geräuschemission zu bestimmen. Durch Variation
der Verrippung des Gehäuses konnte mit dieser numerischen Simulation
gezielt die Geräuschemission reduziert werden /Wolff/.
Nicht nur die großen Automobilkonzerne, auch mittelständische
Zulieferer setzen FEM ein. So zum Beispiel die Firma LUK, bedeutender
Hersteller von PKW-Kupplungen. Den Durchbruch für die Finite-Element-Methode
brachte die Berechnung der Kraft-Verschiebungskennlinie einer
Tellerfeder. Bis dato war LUK stets auf äußerst aufwändige
Versuchsreihen angewiesen. Mindestens vier bis fünf Prototypenlaufe
mit entsprechenden Dauertests waren erforderlich. Heute kommt man
mit einem, höchstens zwei Prototypen aus, weil die Vorausberechnung
Aussagen über das Verhalten der Feder erlaubt. Ein Prototyp kostet
immerhin mehr als DM 5.000,-. Aber nicht nur Kostenoptimierung ist
für LUK ein guter Grund, die FEM-Berechnung immer mehr zu einem
festen Bestandteil der Produktentwicklung zu machen. Ob es um
Kupplungen geht, die für eine neue Klasse von Motoren ausgelegt
werden muss, oder ob der Automobilhersteller weniger Einbauraum
für ein Bauteil zur Verfügung gibt - für alle Neuentwicklungen
werden bei LUK rechnerische Simulationen durchgeführt. In
zahllosen Beispielen hat sich die Zuverlässigkeit der Rechnung
bewiesen und dem Entwicklungsprozess neue Impulse gegeben.
Sonstige Begriffe
Beachten Sie bitte auch die Fallbeispiele Nutzfahrzeuge
Literatur
/Schelkle/,E., Witte, L., Mutter, C.: Simulation/Berechnung und Akustikoptimierung: Strategische Entwicklungsinstrumente bei der Boxster-Entwicklung. Sonderausgabe von ATZ und MTZ, 1996, Vieweg-Verlag Wiesbaden
/Balasubramanian/,B., Katzenbach, A.: Simulation im Automobilbau - von der Idee bis zum Kundenfahrzeug. VDI-Berichte 1215 Simulation in der Praxis - neue Produkte effizienter entwickeln, 1995, Tagung der VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion Vertrieb in Fulda
/Urbani/,O., Feijoo, R.A.: Design Optimization f an Oil Cooled Gallery Piston for a Diesel Engine, Conference Proceedings, Vol. III, ANSYS Fifth International Conference and Exhibition, 1991
/Wolff/,K., Schwaderlapp, M.: Akustische Motorblockoptimierung. ANSYS Users‘ Meeting 1992, Arolsen, Tagungsband der CAD-FEM GmbH
