Systemlösungen für Strukturdynamik, Geräusch- und Bauteiloptimierung

Engineering Refinement

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Der Einsatz von Prognose-, Simula-tions- und Testlösungen zur Optimierung der vibro-akustischen Eigenschaften und der Lebensdauer von Bauteilen unter dynamischer Belastung verbessert Pro-dukteigenschaften, wie z.B. Sound Quality, Fahrkomfort oder Betriebs-festigkeit. Gleichzeitig wird der Enginering-Prozeß radikal verändert und verfeinert.

Der Autor Dr.-Ing. Urbain Vandeurzen ist Präsident und C.E.O. der LMS Inernational, Leuven/B

Verbesserung physikalischer Prototypen
Die Firma LMS hat sich zum Ziel gesetzt, ihren Kunden dabei zu helfen, Engineering Refinement in einen strategischen Wettbewerbsvorteil umzusetzen. Als Marktführer im Testbereich bietet LMS innovative Lösungen an, um den auf physischen Prototypen gestützten Abschnitt des Entwicklungsprozesses effizienter und effektiver denn je zu gestalten. Gleichzeitig ist der Systemlieferant bestrebt, einzigartige Technologien auch im Bereich der virtuellen Prototypen zu bieten: So entwickelt LMS Lösungen für die Simulation von Bewegung, Schwingung, Akustik und Betriebs-festigkeit. Mit der Technologie von LMS können qualitätskritische Attribute über den gesamten Produktentstehungsprozess hindurch bewertet und im Sinne des Engineering Refinement optimiert werden.
Dies ermöglicht einen einheitlichen Prozess, der Analysen in der frühen Entwicklungsphase nutzt, Verbesserungen und interdisziplinäre Produktoptimierung mittels virtueller Modelle ermöglicht und Tests an physischen Prototypen auf eine Mindestzahl reduziert. Dieser Ansatz führt dazu, daß die Ingenieure aller betroffenen Entwicklungsdisziplinen – Konstruktion, Berechnung und Versuch – vorhandene Daten und Kenntnisse nutzen und von der Erfahrung jedes anderen innerhalb der globalen Organisation profitieren können.
Schon die ersten virtuellen Prototypen haben gezeigt, daß man bei der Vorhersage von vibro-akustischem (NVH) Verhalten im Bereich einzelner Bauteile gute Ergebnisse erzielen kann. Die Vorhersage, wie sich ein Gesamtfahrzeug verhält, gestaltet sich jedoch nicht nur sehr kompliziert, sondern zeigt auch, daß sogar umfangreiche Modelle nicht notwendigerweise auch genaue Ergebnisse erzielen.
Eine große Rolle hierbei spielt die Verbesserung von subjektiven Merkmalen wie Sound Quality oder Schwingungskomfort, die auch auf geringste Veränderungen in den vibro-akustischen Niveaus äußerst sensibel reagieren. Simulationsmodelle müssen entsprechend genau sein. Ausschlaggebend bei der Bewertung der „menschlichen Faktoren“ erweist sich, wie sich die wesentliche dynamische Funktion des Gesamtsystems aus dem individuellen Verhalten der vielen Einzelbauteile, den zahlreichen Betriebslasten und den diversen Übertragungswegen zwischen Quellen und Empfänger ergibt.
Je vielfältiger die Varianten einer Fahrzeugplattform sind, desto kritischer werden Geschwindigkeit, Genauigkeit und Zweckdienlichkeit des Prozessmodells.
Knackpunkt Simu-lationswerkzeuge
LMS bietet eine Reihe von Simulationswerkzeugen für die meisten Applikationen und Frequenzbereiche:
– Finite-Element-, Infinite-Element- und Boundary-Element-Modelle zur Simula-tion der Innen- und Außenraumakustik
– Spezielle Tools für die Sound-Quality-Analyse und die Berechnung mehr- schichtiger Dämm-Materialien
– LMS-Technologien, wie Impedanz-Modellierung, spezielle Ray-Tracing-Verfahren und statistische Energieanalyse (SEA), ermöglichen die Simulation im mittel- und hochfrequenten Bereich
Jedes Werkzeug ist bereits in der Industrie eingesetzt und erprobt worden und hat eine enge Anbindung an FE-Programme für die Strukturanalyse, wie an MSC/Nastran und an CAD-Produkte (z.B. Catia von Dassault Systemes).
Schnelle Simulation und Auswertung
Das schönste Werkzeug ist nutzlos, wenn es die Prozesseffizienz nicht steigert.
Aus diesem Grunde hat LMS seine Lösungen zur Vorhersage der akustischen Eigenschaften grundlegend überarbeitet:
Ergebnisse können nun bis zu zehnmal schneller erreicht werden, je nach Hardware und spezifischem Modell. Für sehr große Aufgaben kann die Berechnung sogar über ein Netzwerk von Workstations parallel laufen. Noch wichtiger als die Rechenzeit jedoch ist die Gesamtzeit, die für eine Akustiksimulation benötigt wird. Die langwierige Aufgabe, vom Strukturnetz ausgehend das akustische Netz zu erstellen, führte bis vor kurzem zu zeitlichen Engpässen. In intensiver Zusammenarbeit mit MSC wurde Pre/Synoise entwickelt, ein Modul, das den Prozess der Netzerstellung weitgehend automatisiert. Die Rechenzeit wird drastisch verkürzt; Wochen werden zu Tagen. Selbst wenn eine lokale Strukturveränderung das Strukturmodell während der Optimierungsschleife verändert, kann das akustische Netz in den meisten Fällen unverändert bleiben.
Von Komponente bis Gesamtsystem
Für jeden virtuellen NVH-Prozess sind leistungsfähige Simulationswerkzeuge notwendig, wobei die Art, wie sie eingesetzt werden, für den Erfolg entscheidend ist. Es ist Ziel von LMS, Entwicklungen in einem hybriden Umfeld zu ermöglichen, das sich von der vibro-akustischen Vorhersage auf Komponentenebene über Systemsynthese und Responseanalyse bis hin zur Verbesserung des Gesamtsystems erstreckt.
Ein Schlüsselelement ist die Möglichkeit, Last- und Modelldaten jederzeit von der zuverlässigsten Quelle zu integrieren.
In der Praxis würde dies bedeuten, daß man zunächst vorhandene Testergebnisse und experimentell ermittelte (Teil-)Modelle einer früheren Produktgeneration oder Konzeptträger verwendet, um sie dann durch Simulationsergebnisse und -modelle zu ergänzen und zu ersetzen, sobald diese verfügbar sind und letztendlich mit Testergebnissen des physischen Prototyps der aktuellen Produktreihe abzugleichen und zu verfeinern.
Solch ein hybrider Ansatz ist einzigartig bei LMS und die Tatsache, daß Versuchsergebnisse und -modelle gezielt in die Simulation integriert werden können, eröffnet ganz neue Möglichkeiten.
CAE für die Auto-
mobilindustrie
KEM 521
Heute ist LMS das einzige Unternehmen, das die hier vorgestellte Dienstleistungs-Bandbreite – von der Simulation bis zum Test – für die Optimierung der vibro-akustischen Eigenschaften und der Lebensdauer von Bauteilen anbietet. Gemeinsam mit Kunden und anderen Partnern arbeitet LMS daran, seine Entwicklungsphilosophie auszubauen und deren Ziele Schritt für Schritt zu verwirklichen. „Design-Right-First-Time“ soll nicht nur ermöglicht werden, sondern auch praktikabel gestaltet sein
Internet
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