AUTOMOTIVE
INFOKOM
VERKEHR, UMWELT & ENERGIETECHNIK
LUFTFAHRT
RAUMFAHRT
VERTEIDIGUNG & SICHERHEIT
© IABG 2011
Konzeptauslegung bei BMW mit Balken/Schalen FEModellen Dr. Manfred Kroiss, IABG mbH Helmut Schneeweiß, Dr. Luc Cremers, BMW Group Unterschleißheim, 17.05.2011
Inhalt
1. IABG Unternehmenspräsentation 2. Strukturoptimierung mit Balken-Schalen-Modellen 3. Anwendungsbeispiel 4. Zusammenfassung und Ausblick
© IABG 2011
Die IABG ist ein führendes europäisches Technologie-Unternehmen mit der Kernkompetenz Simulation und Test Automotive
InfoKom
Verkehr, Umwelt & Energietechnik
Mechatronische Test-Systeme
Sichere Kommunikations- und Informationssysteme
Betrieb der TransrapidVersuchsanlage
Luftfahrt
Raumfahrt
Verteidigung & Sicherheit
Betriebsfestigkeitsversuch am Airbus A380
Betrieb ESA-koordinierter RaumfahrtTestzentren
Entwicklung und Betrieb von Simulations- und Testsystemen
© IABG 2011
Automotive Analyse & Konzeption Experimentelle Untersuchungen CAE-Dienstleistungen Mechatronik-Systemanalysen
Realisierung Kundenspezifische Versuchsanlagen Prüfstände für Dauerfunktionsprüfung Systemprüfstände mit Hardware-in-the-LoopOption
Betrieb Testzentrum der IABG in Ottobrunn Versuchsanlagen beim Kunden Kundenspezifische Investitions- und Betreibermodelle (Fahrwerk/Karosserie/ Antrieb)
© IABG 2011
Inhalt
1. IABG Unternehmenspräsentation 2. Strukturoptimierung mit Balken-Schalen-Modellen 3. Anwendungsbeispiel 4. Zusammenfassung und Ausblick
© IABG 2011
BMW Hauptabteilung “Akustik und Schwingungen”
Seit 2004 unterstützt die IABG BMW auf dem Gebiet der FE Konzeptauslegung mit Balken/Schalen (B/S) FE Modellen. Die BMW Hauptabteilung “Akustik und Schwingungen” verantwortet die NVH Auslegung aller BMW Group Modelle. Involviert in allen Entwicklungsphasen.
Initialphase
Serienentwicklung
Konzeptphase
Modellüberarbeitung
Strukturdynamik und Schwingungen © IABG 2011
Warum Balken/Schalen FE Konzeptmodelle?
Parameteroptimierung hinsichtlich Bauraum Cross_2 = Alu
Cross_3 = Alu
Cross_1 = Steel Wandstärken optimierung
W, H = 40, T = 3
Querschnittsoptimierung
W, H = 60, T = 1
W, H = 40, T = 1
Bending Stiffness = E * Ix Mass = Rho * A © IABG 2011
100% 100%
100% 100%
112,5% 50%
Eigenschaften und Eingabedaten für Balken/Schalen-Modelle
Ca. 10.000 Knoten (FE Feinmodell: circa 1.5 Mio. Knoten)
Balken Propertys definiert aus ca. 500 verschiedenen Querschnitten
Skizzen, Zeichnungen Vorgängermodell
CAD
© IABG 2011
Aufteilung des Ausgangsmodells in Träger und Flächen
Trägerstruktur
Balkenelemente
Balken/Schalen Modell
Flächenstruktur © IABG 2011
Schalenelemente
Optimierungsprozess
1500 Design Variablen
Numerische Optimierung mit Nastran Sol 200
25 Lastfälle
Funktionale Ziele
Dynamische Statische Steifigkeit Steifigkeit
LenkradSchwing.
Minimales Gewicht
Überschlag Crash © IABG 2011
Design-Variablen von Balkenquerschnitten
Bisher: Äquivalenter Ersatzquerschnitt aus Nastran Beam Library
A, I1, I2, J…
Desvars: dim1…dim4 Aktuell: Exakte Geometriebeschreibung mit Nastran PBxSECT
Desvars: w, h, t(1)…t(3) © IABG 2011
Launcher: Java-Interface für Balken/Schalen-Tools und beliebige weitere Applikationen Frei konfigurierbar über xml-Dateien GUI für Programmoptionen (z.B. für Perl-Skripte) Plattformunabhängig (Windows, Linux) Portabel (integrierte Laufzeitumgebungen)
© IABG 2011
Design Modell: Massive Erstellung von Design-Variablen, geometrischen Responses und Constraints mit OptiCenter
Strukturbereich
Design-Variablen für Bauraum und Wandstärken
Geometrische Responses und Constraints
© IABG 2011
Design Modell: Erstellung von funktionalen Responses, Constraints und Zielfunktion mit OptiCenter
Responses und Constraints für dynamische Steifigkeiten Responses und Constraints für statische Steifigkeiten Gewichtungsfaktoren
© IABG 2011
Post Processing: Darstellung der Optimierungsergebnisse
Optimierungsverlauf 3D-Plot Intranet
© IABG 2011
Inhalt
1. IABG Unternehmenspräsentation 2. Strukturoptimierung mit Balken-Schalen-Modellen 3. Anwendungsbeispiel 4. Zusammenfassung und Ausblick
© IABG 2011
Leichtbauuntersuchungen am Beispiel 3er Limousine
Prinzipstudie : Material aller Stahlbauteile durch Aluminium ersetzt Stahl Alu
Ausgang AluminiumVariante © IABG 2011
Leichtbauuntersuchungen am Beispiel 3er Limousine
Ergebnisse (relativ zu 3er-Serienlimousine) Masse [kg]
Statik [%]
Dynamik [Hz]
-11,9
Variante Alu -64,4
Variante Alu optimiert
-235,1
© IABG 2011
Leichtbauuntersuchungen am Beispiel 3er Limousine
Optimierung der Aluminium-Variante Ziel: Erreichen der statischen und dynamischen Ausgangswerte der Stahlkarosserie Designbereich: Materialmodifizierte Trägerstruktur (rot eingefärbte Träger) Geometrische Randbedingung: Bauraum max. +50%
© IABG 2011
Leichtbauuntersuchungen am Beispiel 3er Limousine
Ergebnisse
© IABG 2011
Leichtbauuntersuchungen am Beispiel 3er Limousine
Ergebnisse
© IABG 2011
Leichtbauuntersuchungen am Beispiel 3er Limousine
Ergebnisse
Schweller
Dachlängsträger
© IABG 2011
Leichtbauuntersuchungen am Beispiel 3er Limousine
Ergebnisse (relativ zu 3er-Serienlimousine) Masse [kg]
Statik [%]
Dynamik [Hz]
7,2 -1,2 -11,9
Variante Alu -64,4
Variante Alu optimiert
-168,6
-235,1
© IABG 2011
Inhalt
1. IABG Unternehmenspräsentation 2. Strukturoptimierung mit Balken-Schalen-Modellen 3. Anwendungsbeispiel 4. Zusammenfassung und Ausblick
© IABG 2011
Zusammenfassung und Ausblick
Bei der Entwicklung von neuen Fahrzeugmodellen ist die Verwendung von BalkenSchalen-Modellen eine bei BMW seit Jahren etablierte Vorgehensweise in der Konzeptphase. Wesentlicher Bestandteil dieser Methodik sind eine Reihe eigener Softwareentwicklungen vor allem in den Bereichen Design-Modell Erstellung für Solution 200 und Post-Processing von Optimierungsergebnissen. Der Umstieg von Standardquerschnitten hin zur generalisierten Querschnittsbeschreibung der Balkenelemente mit PBxSECT stellt eine neue Stufe in den Einsatzmöglichkeiten der Balken-Schalen-Modelle dar. Neben qualitativen sind nun auch quantitative Vorgaben für Bauraum und Wandstärken möglich.
© IABG 2011
Zusammenfassung und Ausblick
Nächste denkbare Entwicklungen in Zusammenarbeit mit MSC Software: Check auf Querschnittsintegrität bezüglich Triangulation während eines Optimierungslaufs Erweiterung der PBxSECT Syntax (brp‘s an brp‘s) aktuelles Vorgehen:
Multi-Material-Querschnitte … © IABG 2011
Ihr Ansprechpartner
IABG mbH Dr. Manfred Kroiss Festigkeit, Berechnung, Methodenentwicklung Einsteinstraße 20 85521 Ottobrunn Telefon Fax E-Mail Web
+49 89 6088-2530 +49 89 6088-3399
[email protected] www.iabg.de
© IABG 2011
