Berechnen, Simulieren, Visualisieren CAD- und CAE-Software für statisch-lineare Berechnungen, Crashberechnungen und Strukturoptimierungen

Der Zulieferer für die Automobilindustrie Wagon Automotive, hat sich auf das Design, die Entwicklung und die Herstellung von Fahrzeugteilen spezialisiert. In allen Entwicklungszentren bringt man dafür CAD und CAE-Software konsequent zum Einsatz, u.a. das Engineering Framework HyperWorks von Altair Engineering.

Anbieter zum Thema

CADFEM Germany GmbH

ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

KISSsoft AG

Altair Engineering GmbH

Wagon Automotive ist ein europäischer Zulieferer für die Automobilindustrie. Um Produkte zu liefern, die den Bedürfnissen der wachsenden Kundenschar bestens angepasst sind, investiert Wagon Automotive intensiv in die Entwicklung seiner Bauteile.

In allen Entwicklungszentren kommt CAD und CAE-Software konsequent zum Einsatz, zum Beispiel HyperWorks der Firma Altair Engineering. Dieses wird als pre-postprocessing Software in erster Linie für statisch-lineare Berechnungen, Crashberechnungen und Strukturoptimierungen eingesetzt. Die gesamte Modellaufbereitung, die Optimierung sowie auch die Auswertungen werden mit Altair Produkten (HyperView, HyperStudy, HyperMesh, OptiStruct, HyperForm) durchgeführt.

HyperWorks – aus gutem Grund

Eingeführt wurde die Software im Jahr 2000, nachdem sie sich in einem dreimonatigen Benchmark gegen andere Produkte durchgesetzt hat. “Ausschlaggebend waren unter anderem die deutlich bessere Geometrienachbereitung, die zahlreichen Schnittstellen und der hohe Verbreitungsgrad der Software in der Industrie“, berichtet Jürgen Diehm, Teamleiter der Abteilung technische Berechnung bei Wagon Automotive. Das Unternehmen strebt an, mit nur wenigen Plattformen den ganzen Bereich der FEM Berechnungen abzudecken. Auch für die Crash-Berechnung, die das Aufgabenspektrum der Abteilung bald erweitern sollte, musste sich das Tool eignen.

Viele Kunden schätzen an HyperWorks insbesondere, dass es sich um ein integriertes Paket bzw. ein Engineering Framework handelt. Man kann mit HyperWorks nicht nur von der Geometrie bis hin zur Optimierung innerhalb einer Softwareoberfläche arbeiten, auch die einzelnen Programme sind von ihren Geometrie-Bereinigungsmöglichkeiten sehr ausgereift und die Vernetzungsqualität ist gut steuerbar. Es gibt sowohl Zugriff auf verschiedene Input Formate als auch wertvolle Schnittstellen zu zahlreichen CAD-Systemen.

In jedem Entwicklungsstadium mit Vorteilen

Zur Vernetzung von Türen und Modulträgern, an denen später das Lenkrad befestigt wird, findet HyperWorks unter anderem in Schwingungs- und Auslegungsberechnungen seinen Einsatz. Die Software wird zunächst intensiv in der Konzeptphase genutzt.

„Weit vor dem Design oder dem Einsatz der CAD-Software, erwarten Projektleiter auf Grund eines zunächst noch groben FE-Modells erste Aussagen über eine Konzeptidee“, beschreibt Jürgen Diehm den Entwicklungsprozess. „Dabei wird in erster Linie die Machbarkeit des Projektes überprüft“. In einer späteren Entwicklungsphase kommt es meist zu einem erneuten Einsatz der Software, und schließlich wird das Modell in der Berechnung noch einmal detailüberprüft.

Crash Management Systemen im Vorder- und Hinterwagen Bereich

Die Abteilung von Jürgen Diehm beschäftigt sich verstärkt auch mit den Crash Management Systemen im Vorder- und Hinterwagen Bereich. Diese sind für Reparaturlastfälle ausgelegt und müssen zum Teil auch Hochgeschwindigkeitsanforderungen erfüllen.

Dabei sind die bei Wagon Automotive berechneten Modelle in der Regel eher klein, wodurch der Durchsatz an Berechnungen relativ hoch ist. Nicht selten werden von einem Modell an einem Tag mehrere Rechenläufe durchgeführt, die schnell zu Ergebnissen führen müssen. Anhand dieser muss der Ingenieur umgehend Konsequenzen ziehen, das Modell anpassen und ggf. direkt den nächsten Rechenlauf starten.

Mehr Möglichkeiten bei weniger Kosten

HyperWorks hat auf den Arbeitsablauf in der Berechungsabteilung von Wagon Automotive mittlerweile einen maßgeblichen Einfluss. Laut Jürgen Diehm sind die FEM-Berechnungen im Bereich der Crash Management Systeme und der

Seitenaufprallträger zu einem zentralen Werkzeug der Abteilung geworden: „Ohne FEM-Berechnungen kommen wir in der Konzepterstellung von Fahrzeugteilen heute nicht mehr aus. Unsere Kunden erwarten von uns eine marktgerechte Entwicklung und die Optimierung jedes einzelnen Bauteils. Ohne FEM wäre dies mit wesentlich mehr Aufwand verbunden und um ein Vielfaches teurer.“

Dank HyperWorks können in der Entwicklung neuer Bauteile auch Einsparungen in der Entwicklungszeit realisiert werden. Bereits bei der Angebotsabgabe für ein neues Projekt verhilft die Software dazu, die Risiken und Kosten der Entwicklung und Herstellung eines Bauteiles genauer einzuschätzen.

Durch die Simulation lassen sich Prototypen und damit Kosten sparen

„Wir müssen so gut wie keine realen Versuche mehr machen“, unterstreicht Jürgen Diehm den Vorteil. Ein wichtiger Punkt ist dabei, dass durch die Simulation sehr viele Prototypen und damit erhebliche Kosten und Anfertigungszeit eingespart werden können. „Es ist denkbar, dass wir unseren konstruktiven Aufwand mit der Simulation halbieren können“, bestätigt Diehm die Einsparungen.

Die Simulation gibt dem Anwender darüber hinaus die Möglichkeit, ein Bauteil genauer zu testen und mehr Parameter und Lastfälle zu untersuchen als dies mit Prototypen möglich wäre. Während man sich bei realen Versuchen aus Kostengründen auf die absolut notwendigen Tests beschränken würde, kann man mit der FE-Analyse dank umfangreicher Untersuchungen noch bessere Produkte anbieten und entwickeln. “Im Vergleich zu heute haben wir vor vier, fünf Jahren in der Gruppe Crash Management mit relativ einfachen Systemen gearbeitet. Heute können wir mit Hilfe von genauen Tests und Evaluierungen neue Materialien und Fertigungstechnologien anbieten und für diese garantieren. Dabei ist der Beitrag, den die FEM dazu geleistet hat nicht zu unterschätzen“, führt Jürgen Diehm weiter aus.

Beispiel: Validierung einer Tür

Gute Dienste hat das Engineering Framework beispielsweise in der Entwicklung und der Evaluierung einer neuen Tür geleistet. „Wir haben Untersuchungen mit HyperWorks angestellt, während die Versuchsabteilung gleichzeitig einen Testdurchlauf durchführte. Die Berechnungen und Tests führten jedoch zu leicht unterschiedlichen Ergebnissen und zu Meinungsverschiedenheiten darüber, welches der Ergebnisse stimme. Wir haben in einem ein recht langwieriger Prozess zunächst versucht, die uns von der Produktion genannten Veränderungen an unserem Modell anzubringen. Darüber hinaus haben wir uns jedoch auch immer wieder den Teststand angeschaut und überprüft, wie die Tür denn nun tatsächlich am Teststand angebunden ist.“

Das Team um Jürgen Diehm war von der Richtigkeit seiner Berechnungsergebnisse überzeugt, und konnte schließlich mit Hilfe der Software nachweisen, dass die realen Testergebnisse aufgrund eines nachgiebigen Teststandes zu hoch lagen und somit „verfälscht“ waren.

Frühzeitige Einbindung der FE-Analyse in ein Projekt

„Durch die Simulation konnten wir deutlich zeigen, dass der nachgiebige Teststand eine Aufdickung der Tür erforderlich gemacht hätte, die in der Realität unterbleiben konnte. Die Simulation lieferte uns so präzisere Ergebnisse als der Test und führte uns zum Erfolg“, beschreibt Jürgen Diehm diesen Anwendungsfall. Auf diese Weise konnten etwa fünf Prozent des Gesamttürengewichts eingespart werden, was in diesem Fall 125 Gramm an Material, bzw. bei vier Türen 500 Gramm pro Fahrzeug entsprach.

„Allein auf den westeuropäischen Markt bezogen, könnte man theoretisch – bei einem Einsatz von Aluminiumtüren für jedes Fahrzeug – mehrere Millionen Euro bei der Türherstellung einsparen. Auch wenn natürlich nicht bei allen Fahrzeugen diese Art Aluminiumtüren verwendet werden, kommt es noch zu erstaunlichen Einsparungen“, berechnet Diehm.

Die FE-Analyse hat längst auch ihren Einzug in die Vertriebsabteilung gehalten. „Ich werde oft zu Kundengesprächen mitgenommen, um als Berechnungsspezialist den notwendigen und aufklärenden FEM Background zu bieten. Die Kunden profitieren so schon frühzeitig von unserer Kompetenz und wissen, dass sie sich auf meine Einschätzungen bezüglich der Machbarkeit verlassen können“, führt Jürgen Diehm aus. „Diese frühzeitige Einbindung der FE-Analyse in ein Projekt ist für beide Seiten ein großer Vorteil.“ (hö)

(ID:210739)