Konzeptauslegung bei BMW mit Balken/Schalen FE
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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
