online-magazin - nafems

1 Ausgabe 26 NAFEMS Magazin 22013

Online-MagazinZeitschrift fuumlr numerische Simulationsmethoden und angrenzende Gebiete

FEM ndash CFD ndash MKS ndash VR VIS ndash PROZESS ndash SDM

Bezug kostenlos Mai 2013 ndash Nr 22013 26 Ausgabe

Fachbeitraumlge in dieser Ausgabe

Akustik Simulation hochfrequenter transienterKoumlrperschallausbreitung mit Hilfe der Ray Tracing Methode M Kohlhuber M Luegmair(P+Z Engineering GmbH)

Getriebesimulation Verbessertes Simulationsmodell fuumlr Zahnriemengetriebe H Bankwitz J Sumpf K Nendel(TU Chemnitz)

Optimierung Bewertung von Parameterstreuung beim Umformfuumlgen M Israel (Fraunhofer IWU)

sowie Neuigkeiten Veranstaltungs-kalender Schulungen

Alle bisherigen Ausgaben kostenlos zum Download unter wwwnafemsorgmagazin

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Sponsoren dieser Ausgabe

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Machen Sie mit

Mehr auf Seite 32

Trainingskurse ndash Quick-InfoFEM-Einfuumlhrung 10 - 12 Juni SalzburgCFD-Einfuumlhrung 10 - 12 Juni Salzburge-Learning-Kurse wwwnafemsorge-learning

Uumlber 250 internationale CAE-FachvortraumlgeU a von ABB Adam Opel Airbus Audi BMW Bombardier Daimler DLR EADS Faurecia Ford Goodyear Hyundai Jaguar Land Rover Magna Steyr Parker Hannifi n PSA Peugeot Citroen Rolls-Royce Samsung Schneider Electric Schindler Elevator Siemens Tata Steel Automotive Toshiba Volkswagen Volvo

Hochkaraumltige Keynote-SpeakerR Sundermeier (Volkswagen) H Hasselblad (Volvo Cars)S Sirman (Tata Steel Automotive) K Ohtomi (Toshiba)G Steven (Univ of Sydney) F Popielas (Dana Corp) J Buffe (Thales Alenia Space)

Wissensaustausch Entwicklungen TrendsDiskussionen Networking Short Courses FEMCFD-Schulungen

Hard- und SoftwareausstellungUmfangreiche Ausstellung von etwa 40 Hard-Softwareanbietern

Nur noch 4 Wochen - der Countdown laumluft

Mai 2013 ndash Nr 22013 26 Ausgabe

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2 NAFEMS Magazin 22013 Ausgabe 26

Sehr geehrte Leserin sehr geehrter Leser

froh und dankbar aber auch ein wenig stolz nehme ich zur Kenntnis dass Sie wieder in das NAFEMS onlineMagazin hineinschauen ndash gibt es uns dem Redak-tionsteam doch eine gewisse Sicherheit dass wir mit unserer Konzeption auf dem richtigen Weg sind Auch in Zukunft werden wir einen bunten Strauszlig aus aktuellen Informationen einem interessanten Stellenmarkt und einem Kern aus wissenschaftlich fundierten Fachbeitraumlgen fuumlr Sie binden Ankuumlndigungen und Einladungen zu Seminaren Tagungen Kolloquien und Konferenzen mit Themen aus dem Bereich numerische Simulation fl attern uns fast taumlglich ins Haus Haumlufi g handelt es sich dabei um Veranstaltungen eines einzelnen Software-Anbieters oder um eine Eingrenzung auf einen bestimmten Themenkreis oder eine Region Der in zweijaumlhrigem Turnus stattfi ndende NAFEMS World Congress dagegen bietet eine neutrale weltoffene Plattform auf der die Teilnehmer aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen miteinander diskutieren und voneinander lernen koumlnnen In diesem Jahr wird er zudem ergaumlnzt durch SPDM eine parallel veranstaltete Konferenz zu Themen der Simulation im Da-ten- und Prozessmanagement Es lohnt sich also doppelt am NAFEMS World Congress in Salzburg teilzunehmen Das onlineMagazins kann und will die aktive Teilnahme an solchen Veranstaltun-gen nicht ersetzen es kann jedoch Hinweise geben auf deren Ausrichtung und Niveau Kennzeichnend sind dafuumlr besonders die Fachbeitraumlge Das vorliegen-de Heft enthaumllt drei solcher Beitraumlge Aus dem Seminar lsquoSchallentstehung und -ausbreitung in Festkoumlrpern und Fluidenlsquo das im November letzten Jahres in Wiesbaden stattfand stammt ein Beitrag in dem uumlber die Transient Ray Tracing Methode berichtet wird ein Verfahren das zum Beispiel fuumlr die Simulation eines Fahrzeugcrashs von Bedeutung ist Die beiden anderen Beitraumlge wurden direkt eingesandt Es handelt sich zum einen um ein verbessertes Modell fuumlr Zahnrie-mengetriebe das die Biegesteifi gkeit des Zahnriemens beruumlcksichtigt und damit besonders in der Naumlhe des Nennmoments das reale Verhalten besser simuliert Zum anderen werden am Beispiel des Clinch-Prozesses Einsatzpotentiale und Grenzen FE-basierter Sensitivitaumltsanalysen und Optimierungsaufgaben fuumlr die Kaltfuumlgetechnik erlaumlutert

Bereits aus dieser Zusammenstellung wird deutlich wie weit gefaumlchert das Anwen-dungsspektrum der numerischen Simulation sein kann Ich wuumlnsche mir dass bei der getroffenen Auswahl auch fuumlr Sie etwas Anregendes und Lehrreiches dabei ist

Mit freundlichen Gruumlszligen

Prof Dr-Ing Klaus RohwerEditor-in-Chief

VORWORT

NAFEMS Magazin eine Online-Information uumlber Sicherheit und Zuverlaumlssigkeit auf dem Gebiet der numerischen Simulation

Prof Dr-Ing Klaus Rohwer


SPONSOREN

Wir bedanken uns herzlich bei den Sponsoren ohne deren Unterstuumltzung

ein solches Magazin nicht realisierbar waumlre

wwwsimuliacomde

wwwmscsoftwarecom

wwwesi-groupcom

wwwsimpackcom

wwwaltaircom

wwwintesde

wwwcomsolde


NAFEMS

Uumlber NAFEMSNAFEMS ist eine not-for-profi t Organisation zur Foumlrde-rung der sicheren und zuverlaumlssigen Anwendung von Simu la tionsmethoden wie FEM und CFD

1983 in Groszligbritannien gegruumlndet hat sich die Orga-nisation laumlngst in eine internationale Gesellschaft zur Foumlrderung der rechnerischen Simulation entwickelt Mit NA FEMS ist die neutrale und von Software- und Hard-ware anbietern unabhaumlngige Institution entstanden

NAFEMS vertritt die Interessen der Anwender aus der Industrie bindet Hochschulen und For schungs insti-tute in ihre Taumltigkeit ein und haumllt Kontakt zu System-anbietern

Mitglieder des internationalen NAFEMS Councils

bull C Stavrinidis (Chairman) ESA NLbull M Zehn (Vice Chairman) (TU Berlin) Dbull R L Dreisbach (The Boeing Company) USAbull D Ellis Idac Ltd UKbull G Miccoli Imamoter Ibull M Moatamedi (University of Narvik N)bull S Morrison Lusas Ltd UKbull P Newton GBE UKbull M-C Oghly Flowmaster Fbull A Ptchelintsev Nokia FIbull A Puri Selex Sensors amp Airborne Systems UKbull J Wood Strathclyde University UK

Die technischen Bereiche bei NAFEMS werden durch spezialisierte Arbeitsgruppen (Working Groups) koor-diniert

Die derzeitigen NAFEMS Working Groups sind

bull Analysis Managementbull CAD CAE Integrationbull Compositesbull Computational Fluid Dynamicsbull Computational Structural Mechanicsbull Dynamics and Testingbull Education and Trainingbull Geotechnicsbull High Performance Computingbull Multi Body Dynamicsbull Multiphysicsbull Optimierungbull Stochasticsbull Simulation Data Managementbull Technical Liaison Groupbull Vendor Advisory Board

Um die Aktivitaumlten von NAFEMS in den verscheide-nen geografi schen Regionen zu vertreten neutral zu leiten und die nationalen Belange innerhalb der NAFEMS zu vertreten wurden sogenannte regio-nale Steering Committees (Lenkungs aus schuumlsse) gebildet

Die Mitglieder des NAFEMS Steering Committees fuumlr Deutschland Oumlsterreich und Schweiz sind

bull Dr-Ing W Dirschmid (CAE Consulting) Chairbull Dr-Ing A Gill (Ansys Germany GmbH)bull Dr-Ing R Helfrich (Intes GmbH)bull Dr-Ing M Hoffmann (Altair Engineering GmbH)bull Dr-Ing C Huumlhne (DLR)bull Dipl-Ing G Muumlller (cae concept)bull Dr-Ing G Muumlller (Cadfem International GmbH)bull Dipl-Ing W Moretti (Schindler Elevator Ltd)bull Dipl-Ing F A Muggli (Sulzer Pumps)bull Dr-Ing E Niederauer (Siemens PLM Software)bull Dipl-Ing F Peeters (Dassault Systegravemes BV)bull Dipl-Ing A Pfaff (Consultant)bull Dr A Svobodnik (Konzept-X)bull Prof Dr-Ing M Zehn (TU BerlinFemcos mbH)

Mitglied bei NAFEMSNAFEMS hat weltweit uumlber 1000 Mitglieds-unternehmen und -Institutionen

NAFEMS Mitglieder erhalten unter anderem

bull Benchmark (Internationales FEM-Magazin)bull Literaturbull Freie Seminarplaumltzebull Ermaumlszligigungen fuumlr Trainingskurse Kongressse

und Literaturbull Zugriff auf passwortgeschuumltzen Webbereich

mit Kontaktmoumlglichkeiten und Informationenbull Kontakt zu uumlber 1000 Organisationen weltweit

Werden auch Sie Mitglied

wwwnafemsorginvolved


INHALT

Vorwort des Editor-in-Chief2

Sponsoren 3

NAFEMS 4

Inhalt Impressum 5

NAFEMS Mitgliedschaft im Detail 6

NAFEMS Training Schulungstermine 7 e-Learning Kurstermine 7 Werden Sie NAFEMS Trainer 7 Trainingskurs Einfuumlhrung in die praktische Anwendung der FEM 8 Trainingskurs Introduction to CFD Analysis Theory amp Applications 9 Inhouse-Kurse Kommunikation fuumlr Ingenieure 10

NAFEMS World Congress INt SPDM Conference Einladung mit vorlaumlufi ger Agenda 11 - 29Literatur Introducing e-library Bestellvorgang 30 Werden Sie NAFEMS Buchautor Therma Fatigue 31

Who knows Gewinnspiel Gewinnen Sie einen Ipod Touch 4G 32

Das Jobportal fuumlr Ingenieure wwwCAE-Stellenmarktde 33 - 35

Neuigkeiten 36 - 51

Veranstaltungskalender 52 - 53

FachbeitraumlgeAkustikSimulation hochfrequenter transienter Koumlrperschallaus-breitung mit Hilfe der Ray Tracing Methode 54 - 64M Kohlhuber M Luegmair (P+Z Engineering GmbH)GetriebesimulationVerbessertes Simulationsmodell fuumlr Zahnriemengetriebe 65 - 77H Bankwitz J Sumpf K Nendel (TU Chemnitz)OptimierungBewertung von Parameterstreuung beim Umformfuumlgen 78 - 88M Israel ((Fraunhofer IWU)

Ruumlckmeldeformular 89

Werbeanzeigen Comsol Multiphysics 38 esocaet 41 MSC Software 37 CAE-Stellenmarktde 47 sags einfach 10 NAFEMS 43 49 51

Impressum

Editor-in-ChiefProf Dr Klaus Rohwer Deutsche Zentrum fuumlr Luft- undRaum fahrt eV

Redaktioneller BeiratGerhard Muumlller cae conceptDr Alfred Svobodnik Konzept-XProf Dr Manfred Zehn TU Berlin Femcos mbH

RedaktionAlbert Roger OswaldTel +49 (0) 80 51 - 96 74 - 3 22rogeroswaldnafemsorg

Gestaltung Layout AnzeigenWerbos GbROsterham 23 D-83233 BernauTel +49 (0) 80 51 - 96 74 - 3 22Fax +49 (0) 80 51 - 96 74 - 3 37Mobil +49 (0) 176 - 217 984 01e-mail infowerbosdewwwwerbosde

Bezugspreis AboserviceKostenlosTel +49 (0) 80 51 - 96 74 - 3 22magazinnafemsde

AnzeigenpreisePreisliste vom 29012013

Verteilung BezugPer e-mail an NAFEMS Datenbasis DACH und als Download uumlber wwwnafemsorg Bezug durch Aufnahme in den Verteiler

Copyright 2013 Werbos GbR Nachdruck ndash auch auszugsweise - Ver-vielfaumlltigung oder sonstige Verwertung ist nur mit schriftlicher Genehmigung unter ausdruumlcklicher Quellenangabe gestattet Gekennzeichnete Artikel stel len die Meinung des Autors nicht unbedingt die Meinung der Redak-tion dar Fuumlr unverlangt eingesandte Manuskripte und Datentraumlger sowie Fotos uumlbernehmen wir keine Haftung Alle Unterlagen insbesondere Bilder Zeichnungen Prospekte etc muumlssen frei von Rechten Dritter sein Mit der Einsendung erteilt der Verfasser die Firma automatisch die Genehmigung zum kostenlosen weiteren Abdruck in allen Publikationen von NAFEMS wo auch das Urheberrecht fuumlr ver-oumlffentlichte Manuskripte bleibt Eine Haftung fuumlr die Richtigkeit der Veroumlf-fentlichungen kann trotz Pruumlfung durch die Redaktion vom Herausgeber nicht uumlbernommen werden

Alle Produkt- und Firmennamen sind eingetragene Waren- bzw Markenzei-chen ihrer jeweiligen Hersteller


NAFEMS MITGLIEDSCHAFT

Site membership

A full range of benefits for largercorporations based at one location

NAFEMS site membership provides multiple benefits to youranalysis team including

A publication library including your chosen NAFEMStextbooks reports how-to guides and benchmarks

Copies of all new publications as and when they areproduced

Places at a choice of seminars held regularly andinternationally each year

Benchmark magazine subscription

Heavily discounted seminars training courses e-learning courses and conferences

Access to members area of the NAFEMS website whichgives access to technical papers seminar proceedingsand more

Networking opportunities with more than 1000member companies

Unrivalled exposure of your company within theengineering analysis arena

Corporate membership

Tailored membership for large companieswith multiple locations

The very nature of analysis and simulation is constantly

changing as companies expand globally to meet the needs

of an exponentially growing user base Multinational

corporations are at the forefront of analysis technology and

require much more from NAFEMS than standard benefits for

one location

In response to this NAFEMS has developed a corporate

membership model aimed specifically at large multinational

companies who need to share the benefits of membership

over many physical locations

Corporate Membership is tailored specifically to meet the

needs of your company This allows you to create your own

NAFEMS membership which gives your company the

benefits you need

Membership to suit youNAFEMS offers several membership options to suit all of those within the engineering analysis community

Small company membership

Cost-effective membership for small to medium sizedenterprises

NAFEMS recognises that being a small

company has its own unique set of

circumstances This is why we can offer a

cost-effective option for smaller companies

with a limited budget

Small Company Membership is tailored to

the specific needs of small to medium sized

enterprises and can also be appropriate in

areas without a NAFEMS Regional Group

wwwnafemsorgone

Academic membership

Offering the benefits of sitemembership to recognised academic institutions

NAFEMS has always worked extremely closely with the

academic arena since its formation and one of the key

roles of the organisation is to facilitate collaboration

between industry and academia

In order to encourage the participation of

academia within the NAFEMS

community we offer recognised

academic institutions a

site membership at a

reduced rate



NAFEMS TRAINING

Schulungstermine

Einfuumlhrung in die praktische Anwendung der FEM Salzburg A 10 - 12 Juni 2013 Inhalte und Infos auf Seite 8 wwwnafemsorgeventsnafems2013dach-fea3-2

Introduction to CFD Analysis Theory and Applications Salzburg A 10 - 12 Juni 2013 Inhalte und Infos auf Seite 9 wwwnafemsorgeventsnafems2013cfd-11_12-2013

Zahlreiche Short-Courses waumlhrend des NAFEMS World Congresses 09 - 12 Juni 2013 wwwnafemsorgcongressagendatraining

e-Learning Kurstermine

E-Learning ermoumlglicht schnelle houmlchst effektive und kostenguumlnstige Trainings Hier werden Grundlagen vermittelt die fuumlr die sichere und zuverlaumlssige Anwendung kommerzieller Softwareprogramme wichtig sind

Fatigue amp Fracture Mechanics 18 Juni (4 Wo) Practical Introduction to CFD 26 Juni (4 Wo) Basic amp Advanced Dynamic FE Analysis 31 Juli (8 Wo) Basic Dynamic FE Analysis 31 Juli (5 Wo) Advanced Dynamic FE Analysis 18 Sept (3 Wo) Non-Linear Analysis siehe Web Structural Optimization siehe Web Basic FE Analysis (Basis fuumlr bdquoEinfuumlhrung in FEMldquo) siehe Web Practical Modelling of Joints and Connections siehe Web Elements of Turbulence Modeling siehe Web Composite FE Analysis siehe Web Essentials of Fluid Mechanics for CFD siehe Web wwwnafemsorge-learning

NAFEMS wird das Kurs-angebot regional und international ausbauen und sucht Ingenieure aus Industrie und Hochschule die gerne (nebenbei) als Referenten arbeiten moumlch-ten

Auch im deutschspra-chigen Raum moumlchten wir unsere Kursangebot ausbauen - wir freuen uns auf Sie

Bei Interesse senden Sie bitte eine e-mail an infonafemsde

wwwnafemsorgtutors

Werden Sie NAFEMS Trainer


NAFEMS TRAINING

3-taumlgiger NAFEMS Trainingskurs FEM

Einfuumlhrung in die praktische Anwendungder Finite-Elemente-Methode (FEM)

10 - 12 Juni in Salzburg (Oumlsterreich) auch als Inhouse-Kurs buchbar

Der Kurs vermittelt praxisorien-tiert und programmunabhaumlngig die notwendigen Grundlagen fuumlr den erfolgreichen und effi zienten Ein-satz der Finite-Elemente-Methode Nach Auffrischung von strukturme-chanischem Basiswissen welches fuumlr das Verstaumlndnis und fuumlr die kompetente Auswertung von FE-Berechnungen unerlaumlsslich ist wird auf leicht verstaumlndliche Art erklaumlrt wie die FE-Programme arbeiten Zahlreiche einfach gehaltene an-wendungsspezifische Beispiele aus der Industrie unterstuumltzen die Diskussion um Voraussetzungen fuumlr adaumlquate Modellbildung und liefern wertvolle Tipps fuumlr die professionelle Darstellung und Interpretation der Ergebnisse

Ingenieure und Konstrukteure wel-che ihre Kenntnisse in Technischer Mechanik bzw Festigkeitslehre aus der Studienzeit im Hinblick auf die Anwendung bei FE-Simulationen auffrischen und ausbauen moumlchten sind besonders angesprochen Der Kurs wird in einer Workshop-Atmo-sphaumlre durchgefuumlhrt wodurch eine aktive Mitwirkung gefoumlrdert wird

Inhalte

bull Einfuumlhrung Grundbegriffe und Prinzipien ndash Freiheitsgrade Lagerung

Freischneiden Gleichge-wichtsbetrachtung

ndash Innere Kraumlfte Beanspru-chung Schnittgroumlszligen

ndash Spannungszustaumlnde Haupt-spannungen

bull Typische Beanspruchungsfaumlllebull Werkstoffparameter Versa-

genshypothesen Sicherheits-faktor

bull Wechsel- und Dauerfestig keit Ermuumldung und Kerb wirkung

bull Thermische Beanspruchungbull Spannungen und Verformungen

in duumlnnwandigen Strukturenbull Stabilitaumltsprobleme Knicken

und Beulenbull Grundlagen der Elastodynamik

Schwingungen Dynamische Beanspruchung

bull Modellbildung als ingenieur-maumlszligiger Prozess Moumlglichkei-ten und Grenzen der Vereinfa-chung

bull Lineare und nichtlineare Prob-lemstellungen

bull Wie funktioniert FEM bull Typische Finite-Elemente

(1D 2D und 3D) zur diskreten Beschreibung deformierbarer Koumlrper

bull Beruumlcksichtigung von Symmet-rien bei der Modellierung

bull Modellierung von Materialver-halten Evaluation von Versa-genskriterien

bull Dynamische FE-Berechnungen Modale Analyse Daumlmpfung Transiente Schwingungen

bull Thermische thermo-mechani-sche Untersuchungen

bull Beispiele fuumlr nichtlineare FE-Simulationen

bull Voraussetzungen fuumlr effi ziente FE-Modelle und zuverlaumlssige Ergebnisse

bull Optimale FE-Modelle dank gezielter Nutzung der Moumlglich-keiten von CAD-Software

bull Tipps und Tricks fuumlr problemge-rechte FE-Vernetzung

bull Qualitaumltssicherung bei FE-Analysen Ursachen moumlglicher Fehler bei der FE-Modellierung und Tipps fuumlr deren Erkennung

bull Moumlglichkeiten zur Uumlberpruumlfung der Ergebnisse

bull Fallbeispiele Workshop Dis-kussion

Referent

Dr-Ing Wolfgang Senger

Herr Dr Senger hat nach seinem Maschinenbau-Studium bei einem namhaften Softwareanbieter die Anwender von FE-Programmen beraten und Schulungen gegeben Als Abteilungsleiter Berechnung und Simulation des Ingenieur-dienstleisters Semcon Rhein-Main GmbH in Ruumlsselsheim ist er heute verantwortlich fuumlr anspruchsvolle Berechnungsprojekte in der Auto-mobilbranche und in anderen Indus-trien Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Loumlsung von Fragestellungen der technischen Mechanik mit der FE-Methode Herr Dr Senger kann auf Grund seiner langjaumlhrigen Berufser-fahrung den Schulungsteilnehmern sowohl die Theorie der FE-Methode als auch den praktischen Einsatz naumlher bringen

KursspracheDeutsch

Inhouse-KursDieser Kurs wird auch als Inhouse-Kurs bei Ihnen vor Ort angeboten Bitte fordern Sie naumlhere Informatio-nen an - Ruumlckmeldeformular auf der vorletzten Seite

wwwnafemsorgevents


NAFEMS TRAINING

Der Kurs vermittelt praxisorien-tiert und pro gramm unabhaumln gig die Grundlagen der numerischen Strouml mungs berechnung (CFD) Ne-ben der Funktionsweise von Pro-grammen die an hand zahlreicher einfacher Beispiele erlaumlutert wird steht die Vermittlung des gesamten Loumlsungsprozesses im Vordergrund Mit Hilfe von Beispielen wird der gesamte Prozess vom realen Bauteil uumlber das Berechnungs modell bis zur Interpretation der Ergebnisse gezeigt und auf moumlgliche Fehler-quellen hingewiesen Der Kurs wird in einer Work shop-Atmosphaumlre durchgefuumlhrt die die Teilnehmer zur Mitarbeit bzw zum Einbringen eigener Fragestellungen einlaumldt

Inhalte

bull Einleitung Uumlbersichtbull Welche Gleichungen werden in

einem CFD-Programm geloumlstbull Beschreibung der Finite-

Volumen Methode zur Loumlsung der Gleichungen anhand von Beispielen Darstellung von Problemen Fehlerquellen beim Loumlsungsprozess

Referent

Prof Dr-Ing Gangolf Kohnen

Herr Kohnen hat uumlber 25 Jahre Erfahrung mit CAE-Anwendungen mit Schwerpunkten auf dem Gebiet der Stroumlmungsberechnung CFD in Lehre Forschung und Industrie Herr Kohnen leitet den Bereich Ma-schinenbau und Virtual Engineering an der Hochschule Baden-Wuumlrttem-berg Mosbach

3-taumlgiger NAFEMS Trainingskurs CFD

Introduction to CFD Analysis Theory and Applications


bull Tipps und Hinweise zur CFD-Vernetzung

bull Praktische Umsetzung Vom realen Bauteil zum Simu-lationsmodell ndash Uumlberlegungen vor der Simu-

lation ndash Annahmen und Vorausset-

zungen ndash Randbedingungen ndash Gittergenerierung ndash Erlaumluterung der Probleme an

einem Praxisbeispielbull Qualitaumlt von CFD-Berechnun-

gen ndash Uumlberpruumlfung von CFD-Ergeb-

nissen Kontrollmoumlglichkeiten

ndash Bewertung der Ergebnisse von CFD-Berechnungen

bull Ausblick auf weitere Entwick-lungen Tendenzen in der CFD-Welt (FSI Optimierung)

bull Fallbeispiele Workshop Dis-kussionen

KursspracheEnglisch Deutsch falls nur deutsch-sprachige Teilnehmer


wwwnafemsorgevents


TRAINING

sags einfach eU Georg SchoumlpfDuumlrnberg 15 4100 Otensheim - Tel +43-660-5550359wwwsags-einfachat - georgschoepfsags-einfachat

Inhouse Training

Kommunikation fuumlr Ingenieure

Mein Know-how ndash Ihr VorteilAls Trainer mit technischem Hintergrund einer fundierten methodisch didaktischen Aus-bildung und uumlber 15 Jahre Pra-xiserfahrung in verschiedenen Industriebereichen vermittle ich Kommunikationskompetenz in der Sprache des Technikers

bdquoMehrkosten in Millionenhoumlhe auf Grund von Kommunikations-problemen waumlhrend der Produkt-entwicklungldquo

Diese zugegeben sehr reiszligerisch dargestellte Erkenntnis moumlchte kaum ein Industrieunternehmen aus internen Studien erhalten Und doch ist es nicht unwahrscheinlich - nur die jeweilige fi nanzielle Tragweite mag variieren

Wir alle Kommunizieren ndash immer ndash und uumlberall Die Qualitaumlt ent-scheidet ob die Kommunikation hilft oder eher schadet Wenn Chef Controller Einkaumlufer oder selbst Kollegen aus anderen Fachabteilungen verstehen wuumlrden was Entwickler ihnen erklaumlren koumlnnten manche Probleme fruumlher erkannt und damit ggf immense Kosten gespart werden

Die groumlszligten Kostenfaktoren sind (vgl NIST- Study 031999)

bull Mangelhafte Praumlsentation von Konstruktions- oder Berechnungsergebnissen

bull Fehler die aufgrund mangelhafter Kommunikation zu spaumlt weitergegeben oder gemeldet werden

bull Schleppende Behandlung von Aumlnderungenbull Konfl ikte zwischen Fachabteilungenbull Schlechte Abstimmung

Das Seminar ldquoKommunikation fuumlr Ingenieureldquo liefert einfache und wertvolle Werkzeuge und Hilfsmittel fuumlr eine erfolgreiche Kom-munikation im technischen Umfeld und mit Nachbarabteilungen Grundlagen der Kommunikation des Konfl iktmanagements und vor allem der Praumlsentation geben den TeilnehmerInnen Hilfsmittel fuumlr den taumlglichen Gebrauch

Einfach und in der Sprache der TechnikerInnen vermittelt Vorkenntnisse sind nicht erforderlich

Georg Schoumlpf


NAFEMS WORLD CONGRESS SPDM

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atio

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ts a

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ful w

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own

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cle

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ive

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iew

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e ph

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s in

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y w

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y of

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sage

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093

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105

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Day 1 Monday 10th June Afternoon Sessions 1340 - 1740

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Day 2 Tuesday 11th June MorningAfternoon Sessions 0830 - 1505

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0

093

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Day 3 Wednesday 12th June Sessions 0830 - 1520

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LITERATUR

NAFEMS Publikationen auch uumlber NAFEMS GmbH bestellen

NAFEMS bietet fuumlr die Literaturbestellung die bequeme Moumlglichkeit uumlber den Internet-Shop Leider fuumlhrt dies in manchen Unternehmen zu Schwierigkeiten da eine Bestellung im Ausland umfangreichere Freigabeprozesse erfordert

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LITERATUR

An Introduction toThermal Analysis in Solid Structures

IntroductionThe NAFEMS Education and Training Working Groupwishes to commission a new book in the ldquoWHY DOrdquoseries on Thermal FE analysis

Readership This book should be aimed at a graduate level industrialuser who is familiar with basic linear FE analysis but isinexperienced in advanced FE analysis who wishes to startanalysing thermal problems

Content The book should cover all modern aspects of FE thermalanalysis in solid structures The following topics areexpected to be covered Heat transfer mechanisms conduction convection

radiation Steady state and transient problems

Thermal boundary conditions eg temperatures andheat transfer coefficients

Linear and non-linear thermal analysis Thermal material properties Thermal stresses (and associated structural properties

and loading) Sequential and coupled thermal-stress analysis

Cost The total cost is not expected to exceed pound7000 It is expected that the book will be completed within 12months from NAFEMS approval

Proposals Potential authors should submit the following- A brief description of the main topics to be covered- Chapter and section headings with an approximatenumber of pages per chapter Timescale for completing the book Cost CVs of the authors (Maximum two pages per author)

Closing Date May 7th 2013

E-mail proposals to etwgnafemsorg

TENDER

Fatigue Benchmarks

IntroductionThe NAFEMS Education and Training Working Groupwishes to commission a new book on ldquoFatigueBenchmarksrdquo

Readership This book should be aimed at a graduate level industrialuser who is familiar with basic linear FE analysis but isinexperienced in advanced FE analysis where fatigue life isanalysed

ContentThe book should cover benchmarks demonstrating the useof modern FE software to analyse fatigue problems andfatigue life methods The following topics are expected tobe included Life prediction methods When to use Safe-life strain-life and damage tolerant

approaches Crack propagation criteria Linear and non-linear material behaviour Variable amplitude loading Multi-axial stress states Non-zero mean stresses Thermal fatigue

What constitutes a good benchmark can besummarised as follows The benchmark should be devised to verify the

reliability robustness and accuracy of the FE code

The problem must have a reliable reference solutionideally a closed form analytical solution or alternativelya reliable numerical solution The limitations orassumptions used in the reference solution must bestated

Data input needed to define the benchmark should bekept to a minimum so that lengthy data generation isavoided

Ideally the benchmark should have some educationalmerit in order to provide teaching material onparticular aspects of fatigue life through a case study

Whenever possible the benchmark should reflect real-life fatigue applications

The objectives of the benchmark and the features it isdevised to test should be clearly stated


ProposalsPotential authors should submit the following A brief description of the main topics to be covered Chapter and section headings with an approximate

number of pages per chapter Timescale for completing the book Cost CVs of the authors (Maximum two-pages per author)



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Machen Sie mit und gewinnen Sie einen

Apple iPod Touch 4G 32GB schwarz

INTES ist kompetenter Partner zu allen Aspekten der numerischen Simulation mit Finiten Elementen (FE) INTES entwickelt mit PERMAS eine Standardsoftware fuumlr den Einsatz der FE-MethodeDazu bietet INTES Beratung und Schulung sowie Dienstleistungen bei der Durchfuumlhrung von Berechnungsprojekten Daruumlber hinaus werden fuumlr Kunden auch Dienstleistungen bei der Softwareentwicklung im Umfeld von PERMAS und fuumlr die Steigerung der Pro-duktivitaumlt im CAE-Prozess durchgefuumlhrtDie international anerkannte und weltweit eingesetzte Software PERMAS bietet einen maumlchtigen Funktionsumfang und extreme Rechenleistung sowie houmlchste ZuverlaumlssigkeitPERMAS ermoumlglicht die Berechnung und Simulation technischer Vorgaumlnge in vielen Anwendungsbereichen wie Steifi gkeit Festigkeit Kontakt Schwingungen Akustik Tem-peratur- und elektromagnetische Felder Auszligerdem sind vielfaumlltige Optimierungsmethoden in PERMAS integriert wie Topologie-Optimierung Form-Optimierung und Dimensions-optimierung Daruumlber hinaus steht mit der Zuverlaumlssigkeitsanalyse ein Werkzeug zur Verfuumlgung um den Einfl uss unsicherer Modellparameter zu ermitteln

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Der Apple iPod Touch wird von der Firma Intes GmbH gesponsort

Das Gewinnspiel wird vom NAFEMS Online-Magazin Werbos GbR (siehe Impressum) veranstaltetTeilnahmeberechtigung Teilnehmen darf jede natuumlrliche Person ab 18 Jahren die korrekte und vollstaumlndige Angaben macht und diese Teilnahmebedingungen akzeptiert Pro Person und E-Mail-Adresse ist nur eine Teilnahme moumlglich Die Teilnahme ist kostenlos und in keiner Weise vom Erwerb einer Ware oder der Inanspruchnahme einer Dienstleistung abhaumlngig Gewinnspielclubs automatisierte Eintraumlge uumlber Gewinnspiel-Robots sowie wil-lentliche Falscheintraumlge und Eintraumlge mit sog bdquoWegwerf E-Mail-Adressenldquo sind ebenfalls unzulaumlssig Bei mehreren richtigen Einsendungen wird der Gewinner am 15 April 2013 gezogen Der Rechtsweg ist ausgeschlossen

Und hier die Preisfrage

bdquoWer hat als Erster die Entstehung und die Ausbreitung des Schalles richtig beschrieben und wann wurde das veroumlffentlichtldquo

So einfach gehtacutes

Senden Sie eine e-mail mit dem Betreff bdquoGewinnspielldquo und der richtigen Antwort bis zum 15 Juli 2013 an magazinnafemsde

WHO KNOWS

Bitte vergessen Sie nicht Ihre vollstaumlndige Adresse anzugeben Bei mehreren richtigen Einsendungen wird der Gewinner am 16 Juli 2013 gezogen Der Preis wird per Post zugestellt Der Gewinner wird in der naumlchs-ten Ausgabe des NAFEMS Online-Magazins bekannt gegeben

Wir wuumlnschen Ihnen viel Spaszlig beim recherchieren und viel Gluumlck bei der Ziehung des Gewinners

Der Gewinner des iPOD touch aus dem Gewinnspiel der letzten Ausgabe des NAFEMS Online-Magazins (Aus-gabe 25) ist Herr Dirk Engel aus Braunschweig Herzlichen Gluumlckwunsch


WWWCAE-STELLENMARKTDE

Und so einfach gehtacutes

Das neue Jobportal wwwCAE-Stellenmarktde ist seit dem 1 Mai 2012 online Speziell zugeschnitten auf den Bereich CAE (Computer Aided Engineering) richtet die das Portal an CAE-Berechnungsingenieure sowie an CAE-Consultants Projektingenieure usw aus Industrie Forschung Entwicklung und Lehre

Auf diesem Portal bieten wir Ihnen attraktive Preise sowie ein einfaches Online-Eingabesystem fuumlr Ihre Stellen-anzeigen Die aktuelle Preisliste fi nden Sie auf Seite 25 Das Portal entstand in Kooperation mit dem NAFEMS Online-Magazin Durch die enge Kooperation erreichen Stellenanbieter speziell CAE-Ingenieure ndash vom Einsteiger bis zum Spezialisten

Um den internationalen Markt zu bedienen wird in Kuumlrze auch eine englischsprachige Version zur Verfuumlgung stehen Zudem werden wir die Funktionalitaumlt kontinuierlich durch neue Features erweitern

Willkommens-BildschirmHier fi nden Sie einen Uumlberblick uumlber die Moumlglichkeiten und Angebote

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PraktikantenOnline-Eingabe je 30 ndashIndividuell (pdf) je 50 ndash

MengenstaffelBei gleichzeitiger BuchungOnline-Eingabe 3 - 4 Anzeigen je 200 275 5 und mehr Anzeigen je 175 240Individuell (pdf) 3 - 4 Anzeigen je 280 435 5 und mehr Anzeigen je 250 385

Aktuelle Stellenanzeigen

Hier werden alle aktuellen Stellenanzeigen als Vorschau mit Logo Titel und Standort gelistet

Bannerwerbung (3090 Tage)Banner LeaderboardTop 300800 Bottom 250670Banner BoxTop 220590 Bottom 200540

Kombianzeige mit NAFEMS Online-MagazinBei gleichzeitiger Buchung einer Stellenanzeige im NAFEMS Online-Magazin erhalten Sie 25 Ermaumlszligigung auf die Magazin-Stellenanzeige

Agenturrabatte15 AE-Verguumltung fuumlr indivi-duelle (pdf) Anzeigen

Preise pro Buchung pro Unternehmen zzgl ges MwSt Pro Stellenanzeige kann nur eine Stelle ausgeschreiben werden Preisliste vom 31 Mai 2012 Angebote freibleibend Es gelten unsere allgemeinen Geschaumlftsbedingungen (AGB)





NEUIGKEITEN

ALTAIR ENGINEERING

TES International in Altair Partner Alliance Die Altair Partner Alliance hat an-gekuumlndigt dass TES International sein drittes Werkzeug uumlber das Part-nerprogramm zur Verfuumlgung stellt TESuite verwendet einen hybriden Ansatz um die Eigenschaften der anderen Softwarewerkzeuge von TES ElectroFlo und ThermoFlo zu kombinieren und eine noch effi zien-tere Loumlsung zu bietenbdquoDie Ergaumlnzung der APA durch die TESuite erweitert nicht nur Altairs Angebot zur Berechnung von Waumlr-meuumlbertragung und Elektronikkuumlh-lung sie bietet daruumlber hinaus eine groumlszligere Freiheit bei der Steuerung und Abstimmung von Qualitaumlt und Geschwindigkeitldquo sagte Molly Hes-kitt Altairs Senior Director of Elec-tronics bdquoDie TESuite hilft bei der Verkuumlrzung der Simulations- und Auslegungszeiten was fuumlr Elekt-ronikdesigner und Ingenieure sehr nuumltzlich sein kann da Ihnen nur sehr kurze Design- und Entwicklungszyk-len zur Verfuumlgung stehenldquoTES International ist der Altair Partner Alliance mit seinem ersten Werkzeug ElectroFlo eine Software zur Auslegung von Elektronikkuumlh-lung bei Anwendungen mit hoher Leistungsdichte im September 2012 beigetreten Kurz darauf folg-te im November ThermoFlo ein Werkzeug mit dem thermische und stroumlmungsmechanische Analysen auf der Basis von 1D Komponen-ten durchgefuumlhrt werden koumlnnen Jedes der beiden Werkzeuge traumlgt mit einer Reihe von Funktionen zur dritten Loumlsung TESuite bei Gemeinsam bilden die Werkzeuge damit eine komplette thermische Modellierungs- und Simulationsum-gebung Diese Loumlsung bietet nun eine Vielzahl an Methoden fuumlr die Modellierung einer groszligen Band-breite an Systemen und Kompo-nenten Der Nutzer kann nun jeweils das passende Werkzeug auswaumlhlen und weitere Arbeitsschritte die mit der Verwendung einer Analyse mit einem einzigen Modellierungsansatz verbunden sind vermeiden bdquoTESuite ist unser bisher beacht-

lichstes Werkzeugldquo sagte Jeff Lewis Praumlsident von TES Internati-onal bdquoDiese komplette Loumlsung stellt die jeweils besten Funktionen von ElectroFlo und ThermoFlo in einem komfortablen Paket zur Verfuumlgung und unsere APA Kunden werden davon bei der Loumlsung von Heraus-forderungen im Bereich Elektronik-kuumlhlung Waumlrmefl uss und Stroumlmung erheblich profi tierenldquoTESuite kombiniert die Eigenschaf-ten von ElectroFlo und ThermoFlo So kann der Nutzer bei seinen Untersuchungen besser zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit abwaumlgen und verfuumlgt so uumlber die bisher effizienteste TES Loumlsung Die Software ermoumlglicht Analysen die eine schnelle und praumlzise Opti-mierung des Kuumlhlungssystems und seiner Komponenten zulaumlsst Dies fuumlhrt zu einem deutlich reduzierten Risiko hinsichtlich moumlglicher Ausfaumll-le Die Geschwindigkeit und Genau-igkeit werden durch die Eigenschaft verbessert detaillierte 3D Modelle ausgewaumlhlter Subsysteme in einem Gesamtsystem zu beruumlcksichtigen Die Software bietet Anwendern ein breites Modellierungspotenzial mit anpassbarem Detaillierungsgrad TESuite unterscheidet sich von anderen verfuumlgbaren Softwarepa-keten durch die Moumlglichkeit eine schnelle eindimensionale und eine hochpraumlzise dreidimensionale CFD Analyse von Komponenten in Kom-bination durchzufuumlhren Dies bietet dem Nutzer die Freiheit entweder eine hochpraumlzise physikbasieren-de Analyse wie bei den meisten relevanten Komponenten noumltig zu nutzen und wenn ausreichend alternativ auf eine schnelle Netz-werkanalyse zuruumlckzugreifen Mit diesen Funktionen werden die Res-sourcenanforderungen drastisch reduziert waumlhrend die erforderliche Qualitaumlt zum Aufbau eines genauen Systemmodells gewaumlhrleistet wird

PBS Analytics 120 angekuumlndigtAltair hat eine neue Version des Analyse- und Visualisierungstools PBS Analytics 120 angekuumlndigt Die nunmehr voumlllig uumlberarbeitete Software bietet eine neue High

Performance Datenbank sowie eine verbesserte Datenerfassung und ermoumlglicht damit den Nutzern eine noch schnellere und einfachere Ana-lyse groszliger Datenmengen PBS Analytics 120 ist ein webbasie-rendes Werkzeug zur umfassenden Analyse von HPC Workloads Es beinhaltet einen neuen Chart-Desi-gner mit dem die Anwender aussa-gekraumlftige und praumlzise Diagramme erstellen koumlnnen Daruumlber hinaus gibt es zusaumltzliche Diagramm-Optionen wie beispielsweise XYZ Plots zum besseren Verstaumlndnis der HPC Infrastruktur einer Organisati-on oder fuumlr eine genauere Analyse der Lastverteilung auf ihrem HPC System Die Anwender bekommen zusaumltzliche Standarddiagramme an die Hand mit denen sie die Produk-tivitaumlt und Effi zienz ihrer Arbeitsab-laumlufe genau analysieren und damit die neue Software sofort produktiv nutzen koumlnnenbdquoAltair hat mit seiner weltweiten Kun-denbasis eng zusammengearbeitet um sicherzustellen dass PBS Ana-lytics die relevanten Fragestellungen der Anwender adressiertldquo sagt Bill Nitzberg Chief Technology Offi cer fuumlr PBS Works bei Altair bdquoBasie-rend auf diesen Erkenntnissen hat Altair ein innovatives Werkzeug entwickelt das die gewuumlnschten Arbeitsablaumlufe schnell ausfuumlhrt und gleichzeitig Millionen von Job-Eintraumlgen beruumlcksichtigtldquoPBS Analytics 120 erfasst und visualisiert die Nutzung der HPC Ressourcen und fuumlhrt Ursachenana-lysen durch Die Funktionen dieser Software stellen wichtige Elemente zum tiefergehenden Verstaumlndnis der HPC Arbeitsablaumlufe dar Dadurch werden eine bessere Ressourcen-auslastung und Kostenerfassung ein houmlherer ROI sowie eine exaktere Planung ermoumlglichtAuszligerdem beinhaltet PBS Analytics 120 neue Diagramme die die Nut-zung des Systems in Abhaumlngigkeit von der aktuellen Konfi guration er-fasst und so beispielsweise aufzeigt wie das Hinzufuumlgen oder Entfernen von Rechenknoten die Durchsatz-leistung des Gesamtsystems beein-fl usst Daruumlber hinaus ermoumlglicht es PBS Analytics Auslastungsspitzen


NEUIGKEITEN

MSC Software is proud to commemorate 50 years of simulation soft-

ware Propelled by President Kennedyrsquos 1962 challenge to reach the

moon the Company pioneered the simulation software NASTRAN

an application that helped NASA design the Apollo rocket and virtually

all space vehicles in the ensuing years MSC is one of the 10 original

software companies It is the employees of MSC who continuously

challenge themselves to innovate and pave extraordinary paths for-

ward which provide distinctive value to our customers

Y E A R SO F I N N O V A T I O N

MSC wants to celebrate its anniversary with all users employees friends and business partners

Come and join the special User Meeting in 2013

MSC User MeetingScandic Berlin Potsdamer Platz

May 14-15 2013

More information at httppagesmscsoftwarecom50Years-HomeGermanyhtml


zu erkennen und zeigt auf wo zusaumltzlicher Hardwareeinsatz den groumlszligten Nutzen bringen wuumlrde bzw wo bdquoAuslastungstiefsldquo entstehen und folglich Ressourcen eingespart werden koumlnnen

Crash Cad Calculate in Altair Partner AllianceDie Altair Partner Alliance hat an-gekuumlndigt dass Impact Design Europe dem Programm mit seinem Aufprallanalysewerkzeug Crash Cad Calculate (CCC) beigetreten ist CCC unterstuumltzt bei Design und Optimierung duumlnnwandiger Querschnitte von Balkenstrukturen wie sie bei jeglichen auf Crashsi-cherheit ausgelegten Strukturen vorkommen CCC ist bei allen An-wendungen einsetzbar bei denen das Energieaufnahmevermoumlgen von Balkenstrukturen entscheidend ist unter anderem in der Automobil- Schienenfahrzeug- sowie der Luft- und RaumfahrttechnikbdquoDie Altair Partner Alliance ist eine sehr gute Moumlglichkeit unser Pro-dukt weltweit bekannt zu machenldquo sagte Agata Sokoll CEO bei Impact Design Europe bdquoCrash Cad Calcu-late ist ein vielseitiges Werkzeug das auf jede Struktur angewandt werden kann die einen starken Aufprall uumlberstehen muss Wir sind uumlberzeugt dass das Werkzeug das bestehende Angebot fuumlr Crash-Analysen innerhalb der APA sehr gut ergaumlnzen wirdldquoCCC basiert auf der Makro-Element Methode die in den spaumlten 80er Jahren entwickelt wurde und kann dazu verwendet werden verschie-dene Querschnitte zu modellieren und zu berechnen das Material zu veraumlndern und Ergebnisse zu vergleichen CCC besteht aus fuumlnf verschiedenen Elementen dem Cross Section Optimizer dem Cross Section Editor (CSE) dem Cross Section Comparison Tool dem Ma-terial Editor und dem Characteristics Editor

Key to Metals in Altair Partner Alliance Die Altair Partner Alliance gab be-kannt dass der bestehende Partner Key to Metals AG die neue bdquoPremium Editionldquo seiner Software exklusiv

NEUIGKEITEN

fuumlr die Nutzung der Altair Partner Alliance (APA) Anwender aktiviert hat Der erweiterte Key to Metals Umfang bdquoExtended Rangerdquo ergaumlnzt die bisherige Bibliothek um eine um-fassende Liste an neuen Metallen Die Premium Edition enthaumllt alle Funktionen und Eigenschaften aus Key to Metals und Extended Range und wurde um neue Werkstoffe wie Keramik Composite- und Polymer-Materialien erweitert Exklusiv fuumlr APA Nutzer wurde daruumlber hinaus auch eine neue Funktion hinzuge-fuumlgt mit der die Nutzer komplexe Materialeigenschaftsdaten aus der Datenbank direkt in spezifi sche CAE Solver importieren koumlnnen Key to Metals (KtM) ist seit Janu-ar 2012 uumlber die Partner Alliance verfuumlgbar und hatte bisher groszligen Erfolg was sich darin zeigt dass das Werkzeug sehr stark und von vielen APA Anwendern genutzt wurde KtM wurde sehr schnell eines der am haumlufi gsten heruntergeladenen Werkzeuge der APA Bis heute nutzen durchschnittlich uumlber 50 Un-ternehmen das Werkzeug monatlich insgesamt hat es weltweit uumlber 300 Anwender

wwwaltairde

ANSYS

Uumlbernahme von EVEN AGAnsys Inc fuumlhrender Anbieter von Simulationsloumlsungen gab aktuell die Uumlbernahme der Firma EVEN - Evolutionary Engineering AG (bdquoEVENldquo) bekannt eines Anbieters von Analyse- und Optimierungs-technologie fuumlr Verbundstoffe die so genannten Composites auf der Basis von Cloud-Computing EVEN wird kuumlnftig unter der Bezeichnung Ansys Switzerland als 100 iges Tochterunternehmen von Ansys Inc gefuumlhrt Die genauen Bedingungen der Transaktion wurden nicht mit-geteilt EVEN mit Geschaumlftssitz in Zuumlrich (Schweiz) beschaumlftigt 12 Mit-arbeiter und kooperierte bereits als Partner mit Ansys Die Composites-Technologien von EVEN werden bis-her durch das Produkt Ansys Com-posite PrepPost angeboten Dieses

Produkt ist eng mit Ansys Mecha-nical in Ansys Workbench und mit Ansys Mechanical APDL integriert EVEN bietet auszligerdem erstklassi-ge Engineering-Dienstleistungen in Composites-Anwendungen und andere Bereiche innerhalb seiner Fachkompetenz anComposites verknuumlpfen zwei oder mehr Werkstoffe mit sehr unter-schiedlichen Eigenschaften Da sie Parameter wie geringes Gewicht hohe Festigkeit und hervorragende Flexibilitaumlt miteinander kombinie-ren sind Composites zu Stan-dardwerkstoffen fuumlr die Produktion in zahlreichen Bereichen der In-dustrie geworden unter anderem im Automobilbau in der Luft- und Raumfahrtindustrie in Energie-technik Schiffbau Rennsport und im Freizeitbereich Daher hat die Verwendung von Composites in den vergangenen zehn Jahren ra-sant zugenommen Bedingt durch diese Popularitaumlt mussten neue Technologien fuumlr Design Analyse und Optimierung entwickelt werden Da EVEN ein fuumlhrender Anbieter von Loumlsungen fuumlr die Composites-Simulation ist unterstreicht diese Uumlbernahme die hohe Prioritaumlt die Ansys dieser neuen Technologie zuordnet Composites bringen viel-faumlltige Herausforderungen fuumlr FuE-Teams mit sich wenn es darum geht die richtige Rezeptur fuumlr eine bestimmte Anwendung zu fi nden Fuumlr die erfolgreiche Herstellung mehrlagiger Verbundstoffe muumlssen die Ingenieure die optimale Material-formel festlegen die sich wiederum u a nach der Anzahl der Schichten deren Dicke und ihrer relativen Lage zueinander richtetAnsys Composite PrepPost ist eine Pre- und Postprocessing-Loumlsung fuumlr Schichtverbundstoffe die Bestand-teil des Ansys-Softwareangebotes ist Die Loumlsung erlaubt ihren Anwen-dern auch hochgradig komplexe Composite-Strukturen effi zient zu modellieren und gleichzeitig zu ver-stehen unter welchen Bedingungen bestimmte Produktmodelle Ausfaumllle zeigen koumlnnen Hierzu kann man die Produktdesigns am Rechner einfachen physikalischen Belastun-gen aussetzen und die zunehmende Beschaumldigung Delaminierung und


NEUIGKEITEN

copy Copyright 2012-2013 COMSOL

reg

COMSOL Multiphysics unterstuumltzt Sie bei der Verwirklichung innovativer Ideen Die Kombinationaller relevanten physikalischen Effekte in einer Simulation ermoumlglicht eine praumlzise Analyse Ihres Designs Erfahren Sie mehr uumlber COMSOL Multiphysics unter wwwcomsoldeintrovideo

Analysieren und AnalysiereAAnnaaaallyyssiieerreen undOptimieren mit Optimieren mitCOMSOL MultiphysicsregCOMSOL Multiphysics

ULTRASCHALLWANDLER Dieser Tonpilz-Piezo-Wandler wird zum Senden von Schallwellen niedriger Frequenzen verwendet Das Modell zeigt die Potentialverteilung in den piezokeramischen Ringen die Deformation in den Masseelementen sowie die Druckverteilung unter dem Wandler

Rissbildung berechnen Dank der Postprocessing-Faumlhigkeiten dieser technologischen Loumlsung koumlnnen die Anwender fundierte Untersuchun-gen zur Integritaumlt und zum Verhalten des Endproduktes durchfuumlhren Die Ergebnisse lassen sich als globale Uumlbersicht darstellen oder erlauben eine detaillierte Analyse einzelner SchichtenbdquoWir freuen uns dass unsere lang-jaumlhrige Partnerschaft mit dem EVEN-Team dazu gefuumlhrt hat dass EVEN jetzt zur Ansys-Familie gehoumlrtldquo sagte Jim Cashman President und CEO von Ansys bdquoDie Composites-Simulation ist ein schnell wachsen-der Markt mit Anwendungen in zahl-reichen Industriebereichen wodurch wir unsere Branchenkenntnisse und Kompetenzen in diesem Bereich weiter ausbauen koumlnnen Die enge Kopplung der Produkte von EVEN mit unserer Plattform ist dabei ein groszliger Vorteil und wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit EVEN und seinen Kundenldquo

wwwansys-germanycom

COMSOL

Comsol Multiphysics Die Comsol Multiphysics GmbH kuumlndigte die Veroumlffentlichung maszlig-geblicher Erweiterungen der Comsol Simulationsplattform an Die neuste Version 43b von Comsol Multiphy-sics beinhaltet fuumlnf neue anwen-dungsspezifische Module sowie erweiterte Modellierungs- und Ana-lysewerkzeuge Eine Uumlbersicht uumlber die Highlights der neuen Version so-wie eine vollstaumlndige Beschreibung der neuen Module Eigenschaften und Funktionen finden Sie unter wwwcomsolde43bMit der Einfuumlhrung der fuumlnf neuen Module haben Ingenieure fuumlr ty-pische Anwendungsbereiche der wichtigsten Branchen nun Zugriff auf die neuen Modellierungs- und Simulationswerkzeuge von Comsolbull Multibody Dynamics Modul ndash Bietet Anwendern die Moumlglichkeit ein Gesamtsystem aus starren und fl exiblen Koumlrpern zu analysieren Translatorische und rotatorische

Auslenkungen sowie Sperren koumln-nen mit einer Vielzahl an Gelenk-typen simuliert werden darunter Schub- Dreh- und zylindrische Ge-lenke Verschraubungen Planar- Kugel- und Schiebegelenke sowie eingeschraumlnkte Schiebegelenkebull Wave Optics Modul ndash Er-moumlglicht den Anwendern die Analy-se elektromagnetischer Wellenaus-breitung in optisch groszligen Struktu-ren wie Lichtleitern und optischen Sensoren bidirektionalen Kopplern Bauelementen fuumlr die Plasmonik

Metamaterialien nichtlinearen op-tischen Komponenten und Laser-strahlausbreitungbull Molecular Flow Modul ndash Bietet die Moumlglichkeit der Simulation verduumlnnter Gase in komplexen CAD-Geometrien von Vakuumsystemen Darunter fallen Anwendungen wie Massenspektrometer Halbleiter-verarbeitung Satellitentechnologie Teilchenbeschleuniger Schiefer-gasexploration und Stroumlmung in nanoporoumlsen Materialien


NEUIGKEITEN

bull Semiconductor Modul ndash Er-moumlglicht die detaillierte Analyse des Betriebs von Halbleiterbauteilen und eignet sich fuumlr die Modellierung von PN-Uumlbergaumlngen bipolaren Transis-toren Mosfets Mesfets Thyristoren und Schottky-Diodenbull Electrochemistry Modul ndash Angepasste Benutzeroberflaumlchen sind nun fuumlr die Elektroanalyse die Elektrolyse und fuumlr die Elektrodialy-se verfuumlgbar Unter den typischen Anwendungen sind Glukose-Sen-soren Gassensoren Chlor-Alkali-Elektrolyse Meerwasserentsal-zung Abwasseraufbereitung und die Steuerung elektrochemischer Reaktionen in biomedizinischen ImplantatenDie neuen in den Comsol Produkten enthaltenen Funktionen umfassen Verbesserungen diverser Werkzeu-ge in den Bereichen CAD Import und Geometriebearbeitung Vernetzung Physik Loumlser Darstellung der Er-gebnisse und ermoumlglichen so eine produktive Nutzung im gesamten Produktentwicklungsprozess bei gleichzeitiger Leistungssteigerung Comsol Multiphysics 43b bietet ebenso enorme Verbesserungen bei den Funktionen existierender Module und steigert so die Simula-tionsgeschwindigkeit und verbessert die Faumlhigkeiten der gesamten Pro-duktpaletteDurch die hohe Genauigkeit und den unmittelbaren Zugriff auf die Simu-lationsergebnisse nimmt Comsol zunehmend Einfl uss auf Designpro-zesse bdquoDas Ziel von Comsol ist es Ingenieure und Wissenschaftler mit den passenden Werkzeugen aus-zustatten die sie fuumlr die Auslegung zuverlaumlssiger und sicherer Produkte benoumltigenldquo sagt Ed Fontes Chief Technology Offi cer bei Comsolbull Geometrie und Netz ndash Eine neue Funktion ermoumlglicht es den Anwendern mit einem zweidi-mensionalen Querschnitt einer 3D Geometrie schnelle bdquoWas-waumlre-wennldquo-Studien durchzufuumlhren Ein neues Werkzeug fuumlr gekruumlmmte Koordinatensysteme erleichtert die Defi nition anisotroper Materialien bei gekruumlmmten Geometrieformen Daruumlber hinaus ermoumlglichen erwei-terte Funktionen die automatische

Erstellung sogenannter Swept Netze fuumlr eine schnellere Modellierungbull Schnittstellen und Produk-tivitaumlt ndash Das neue ldquoOne Window In-terfaceldquo des LiveLinktrade fuumlr Inventor ermoumlglicht es den Nutzern direkt innerhalb der Inventor-Umgebung mit Comsol Multiphysics zu arbeiten Neue Aktualisierungen im LiveLink fuumlr Excel ermoumlglichen den Import mehrerer Modelle und den Export von Materialkennwerten von Excel nach Comsolbull Elektrisch ndash Ein neuer Loumlser ermoumlglicht schnellere stationaumlre und zeitabhaumlngige Magnetik-Simulatio-nen Dem ACDC Modul wurde eine neue elektrische Kontaktfunktion hinzugefuumlgt mit der sich der elek-trische Strom der zwischen zwei Oberflaumlchen flieszligt nun entspre-chend der Oberfl aumlcheneigenschaf-ten und dem Anpressdruck veraumln-dert Die Funktion fuumlr periodische Strukturen fuumlr elektromagnetische Wellen ist nun im RF Modul verfuumlg-barbull Mechanisch ndash Schrauben-vorspannungs- und Traumlgerquer-schnittsanalysen koumlnnen nun im Structural Mechanics Modul simu-liert werden Im Fatigue Modul ist nun kumulativer Schaden bei der Ermuumldungsanalyse mit zufaumllligen Lastamplituden verfuumlgbar Das Heat Transfer Modul wurde um Flaumlche-zu-Flaumlche Waumlrmestrahlung unter-schiedlicher Wellenlaumlngen Waumlrme-uumlbertragung mit Phasenuumlbergang und thermische Kontaktfunktionen erweitertbull Fluid ndash Die neue bdquoFrozen Rotorldquo Funktion im CFD Modul loumlst das pseudolaminare Stroumlmungsfeld in Rotationsmaschinen fuumlr laminare und turbulente Stroumlmung Eine neue bdquoThin Screenldquo-Funktion fuumlr duumlnne permeable Barrieren ermoumlglicht die Simulation von Drahtgeweben Gittern und perforierten Platten Daruumlber hinaus sind nun das SST Turbulenzmodell und ein neuer CFD-Loumlser verfuumlgbarbull Chemisch ndash Die neue Funk-tion fuumlr impermeable Barrieren fuumlr den Massetransport ermoumlglicht es den Anwendern duumlnne Waumlnde als interne Grenzschichten zu defi nie-ren durch die kein Massenfluss stattfi ndet

Auch die neu implementierten Mo-dule und Funktionen der Simulati-onsplattform folgen dem gewohnten intuitiven Modellierungsprozess fruumlherer Versionen der den Anwen-dern die Modellierung vereinfacht bdquoEs ist auszligergewoumlhnlich dass die Anwender unabhaumlngig von der Simulationsaufgabe oder dem Anwendungsbereich demselben Arbeitsablauf folgen koumlnnenldquo sagt Bjorn Sjodin bdquoDieser einzigartige Ansatz ermoumlglicht es den Nutzern mit der Comsol Umgebung ihre spe-zifi schen Anforderungen zu beruumlck-sichtigen und jeden beliebigen Loumlser oder jede beliebige Funktion in ihren Simulationen zu implementieren um aumluszligerst nuumltzliche Ergebnisse zu erzielenldquo Da die Modellierungsum-gebung gleich bleibt koumlnnen sowohl die neuen als auch die existierenden Module kombiniert und gekoppelt werden um Simulationsmodelle zu erzeugen die auf die jeweiligen Beduumlrfnisse der Nutzer zugeschnit-ten sindComsol Multiphysics 43b ist ab sofort weltweit zum Download ver-fuumlgbar Anwender mit einer Lizenz des RF Moduls des Structural Me-chanics Moduls oder des Microfl ui-dics Moduls unter Wartung erhalten entweder das Wave Optics Modul das Multibody Dynamics Modul oder das Molecular Flow Modul kostenfrei Weitere Informationen zum neuen Release fi nden Sie unter wwwcomsolde43b

wwwcomsolcom

CONTACT

Studie zur Prozessverbesserung in der fruumlhen Phase vorContact Software und die Hoch-schule Muumlnchen stellen auf dem 6 Grazer Symposium Virtuelles Fahr-zeug eine Studie zur Optimierung der fruumlhen Phase vor Sie wurde in Kooperation mit der MAN Truck amp Bus AG entwickelt Die Studie liefert nicht nur Handlungsempfehlungen fuumlr eine bessere und nachhaltige Gestaltung der Konzeptphase Am Beispiel einer Buskarosserie wurden zudem Methoden und IT-Werkzeuge


NEUIGKEITEN

fuumlr die Zusammenarbeit von Kons-truktion und Simulation erprobt die substantielle Einsparpotenziale im Produktentstehungsprozess (PEP) belegen Die Ergebnisse zeigen dass Forderungen wie interdiszip-linaumlres Arbeiten in den klassischen Entwicklungsprozess integrierte 3D-basierte Konzeptentwicklung und eine im PEP durchgaumlngige Daten-basis nicht nur theoretisch defi nierte Zielsetzungen der Forschung sindDurch abteilungsuumlbergreifende Interviews ndash auch in Fachberei-chen wie Package Design oder Produktmanagement ndash und eine Dokumentenanalyse bei dem Nutz-fahrzeughersteller wurden die Ver-besserungsmoumlglichkeiten im PEP identifi ziert Auf Basis der IST-Situ-ation konnten dann Anforderungen an einen bedarfsgerechten Prozess defi niert und eine Anwendung mit Contacts Fast Concept Modelling (FCM) Toolset umgesetzt und aus-gewertet werdenDie Kosten-Nutzen-Analyse zeigt klare Verbesserungseffekte auf die durch diesen Prozess zu erzielen waren In der Summe kann die Produktreife durch eine virtuelle simulationsunterstuumltzte Konzept-entwicklung und den Ausbau der interdisziplinaumlren Zusammenarbeit speziell zwischen Design Packa-ge Konstruktion und Simulation fruumlhzeitig und nachhaltig gesteigert werden Als Schluumlsselfaktoren fuumlr die Optimierung der Produktentwick-lung nennt die Studie das Prozess- Wissens- und Datenmanagement sowie entsprechend geeignete Werkzeuge und Schnittstellen in der CAx-basierten Entwicklungs-prozesskette

Japan Kooperation mit Tecosim traumlgt Fruumlchte- siehe auch Tecosim - Contact Software und Tecosim Japan haben das Fast Concept Mo-delling Toolset (FCM) bei mehreren japanischen Automobilherstellern platziert In Japan agiert der Spezi-alist fuumlr numerische Berechnung und Simulation als Reseller fuumlr Contacts innovatives Konzeptwerkzeug mit dem schon in der fruumlhen Phase die Validierung des zukuumlnftigen Pro-

Berechnungsingenieur Konstrukteur oder Bachelorstudent

sich fachlich weiterqualifizieren oder mehr uumlber die Theorie und Anwendung der computergestuumltzten Simulation lernen

Ihnen ein zweijaumlhriges berufsbegleiten-des akkreditiertes Studium Sie erwer- ben praxisorientiertes Wissen in allen CAE-Disziplinen und profitieren von einer intensiven Lernatmosphaumlre in kleinen internationalen Studiengruppen

zwei profilierte deutsche Hochschulen mit dem Fokus auf angewandte Wissen- schaften im Verbund mit einem renom- mierten Anbieter fuumlr CAE-Weiterbildung

Anja VogelTel +49 (0) 80 92 70 05 - 52oder wwwesocaetcomstudium

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Berufsbegleitend zum Master of Engineering

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Applied Computational Mechanics


NEUIGKEITEN

duktverhaltens unterstuumltzt werden kann Kooperationen zwischen beiden Unternehmen gibt es auch in Deutschland bereits seit mehre-ren Jahren in juumlngerer Zeit unter anderem bei der Entwicklung des speziell fuumlr Kurzstrecken ausgeleg-ten Elektrofahrzeuges StreetScooter oder beim Verbundprojekt bdquoRobust Design Optimierungldquo das kuumlrzlich angelaufen ist und vom Bundesmi-nisterium fuumlr Wirtschaft und Techno-logie (BMWi) gefoumlrdert wirdTecosim ist international ein gefrag-ter Entwicklungspartner im Bereich Computer Aided Engineering (CAE) und Marktfuumlhrer im Segment Mo-bilitaumlt Die Unternehmensgruppe hat ihre Unternehmenszentrale in Ruumlsselsheim und Tochtergesell-schaften in Groszligbritannien Indien und Japan Mit dem Anspruch bdquoBetter life by simulationldquo erarbeitet ein Team von weltweit rund 400 Berechnungsingenieuren Loumlsungen fuumlr die Geschaumlftsfelder Mobilitaumlt Energie Industrie amp Technik sowie Gesundheit Fuumlr Kunden bilden die CAE-Spezialisten das Verhalten von Bauteilen in den fruumlhen Phasen der Produktentwicklung mit verschiede-nen Simulationstools ab und legen die Daten ausMit dem FCM bietet Contact ein Catia Add-on an das eine schnelle einfache Erstellung von Geometrie-modellen sowie den automatischen Export von FE-Modellen fuumlr Crash NVH- und statische Analysen un-terstuumltzt bdquoCAE ermoumlglicht bessere Produkte in kuumlrzeren Entwicklungs-zyklen Ressourcenschonung und geringere Umweltbelastungldquo sagt Yukiyoshi Taguchi Managing Direc-tor von TecosimJapan bdquoDer FCM-Einsatz beschleunigt den Prozess von der ersten Produktidee bis zu einem abgesicherten Konzept noch mehr sodass wir unseren Kunden damit weitere Zeit- und Kostenvor-teile erschlieszligen koumlnnenldquo

wwwcontact-softwarecom

DASSAULT SIMULIA

Dassault Systegravemes uumlbernimmt FE-DESIGN- siehe auch FE-Design -Dassault Systegravemes uumlbernimmt FE-Design Technologiefuumlhrer in Designoptimierung in der fruumlhen Produktentwicklungsphase Die Uumlbernahme von FE-Design mit Zentrale in Karlsruhe Deutschland erweitert Dassault Systegravemesrsquo Simu-lia Anwendungen zur komplettesten Designoptimierungsloumlsung auf dem Markt Mit uumlber 200 weltweiten Industriekunden wie General Mo-tors BMW Siemens and Suzlon ist FE-Design Technologiefuumlhrer fuumlr nicht-parametrische Optimierungs-loumlsungen sowohl im Struktur- als auch im Fluid-Bereich Die Houmlhe des Transaktionsbetrages wurde nicht mitgeteilt ldquoDesignoptimierung ist eine Um-schreibung von lsquoFinde das richtige Designrsquo fuumlr Unternehmen fuumlr Kun-den fuumlr die Welt Auf der 3DEex-perience Plattform geht es um die Optimierung der Unternehmengs-geschaumlfte -prozesse und ndashprodukte bdquoAus diesem Grund passt FE-Design so gut zu Dassault Systegravemesrdquo er-klaumlrte Bernard Charlegraves President und CEO Dassault Systegravemes ldquoWas wollen die Kunden Koumlnnen wir es schnell und effi zient bereitstellen Ist es zukunftsfaumlhig Das sind die Fragen die sich die Industrie stel-len muss um Produkte Natur und Leben auszubalancieren Genau diese Fragen beantwortet unsere 3DEexperience Plattformrdquo In einem schnell wachsenden Markt werden Designentwicklung und die Anwendung von Optimierungstech-niken zum entscheidenden Faktor um die Anspruumlche an Produktlei-stung mit Ressourceneffi zienz und knappen Zeitvorgaben in Einklang zu bringen FE-Designrsquos Produkte werden zur Staumlrkung von Dassault Systegravemesrsquo 3DEexperience Plattform beitragen und mit ihr die automa-tische Entwicklung des richtigen Designs in einem Simulationspro-zess noch schneller und effi zienter machen ldquoWir arbeiten bereits seit mehr als 10 Jahren eng mit Dassault Sy-

stegravemes zusammen und sehen die Vorteile und den Nutzen den unsere Kunden sofort durch die weltweite Supportunterstuumltzung und zukuumlnftig auch durch interne Unternehmens-Kooperationen und zukunftsweisen-de Technologien fuumlr 3D Modellierung und Simulation haben werden bdquo erklaumlrte Dr Juumlrgen Sauter Gruumlnder und CEO von FE-Design Als stra-tegische Ergaumlnzung von Dassault Systegravemes werden wir in der Lage sein unsere Kunden noch besser darin zu unterstuumltzen unsere Pro-dukte in ihrem Unternehmen zum groumlszligten Nutzen anzuwendenldquo Diese Transaktion wurde am 23 April 2013 abgeschlossen

www3dscom

DYNAMORE

LS-Dyna Version R7 verfuumlgbarDie DYNAmore GmbH Gesellschaft fuumlr FEM Ingenieurdienstleistungen gab die Verfuumlgbarkeit der neuen Version LS-DYNA R7 mit vielen neu-en Features und Verbesserungen bekannt Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf den drei neuen Loumlsern fuumlr kompressible und inkompressible Fluide sowie fuumlr Elektromagnetis-mus die sich mit den vorhandenen Loumlsern fuumlr Struktur und Temperatur koppeln lassenLS-Dyna ist ein hochentwickeltes universelles Finite-Elemente-Pro-gramm das sich ergaumlnzend zur Crashberechnung und Tiefziehsimu-lation hervorragend fuumlr die Simulati-on anderer hochgradig nichtlinearer physikalischer Fragestellungen aus Industrie und Forschung eignet Das fuumlr Multiprozessorsysteme sowie fuumlr massiv-parallele Computersysteme optimierte Programm ermoumlglicht sehr kurze Rechenzeiten und da-mit eine optimale Unterstuumltzung in der Gestaltung und Auslegung von ProduktenLS-Dyna wird von der Livermore Software Technology Corporation (LSTC) entwickelt und stellt einen gut gefuumlllten Werkzeugkasten mit effi zienten Diskretisierungsmetho-den in Raum und Zeit bereit der die


NEUIGKEITEN

nahtlose numerische Berechnung gekoppelter Probleme ermoumlglicht Dies schlieszligt sowohl die Klasse der oberfl aumlchen- als auch der volu-mengekoppelten Probleme ein und bezieht sich auf die Kopplungsmoumlg-lichkeiten des Strukturloumlsers mit den Loumlsern fuumlr inkompressible und kompressible Fluide Temperatur und ElektromagnetismusDes Weiteren lassen sich innerhalb von LS-Dyna unterschiedliche Be-rechnungsabschnitte aneinander fuumlgen ohne die Notwendigkeit einen zeitaufwendigen Uumlbergang auf andere Softwarepakete zu de-fi nieren Deshalb ermoumlglicht eine Kombination der von LS-Dyna bereitgestellten Funktionen eine einfache prozessuumlbergreifende Simulation von multiplen interagie-renden physikalischen Phaumlnomenen auf unterschiedlichen SkalenDie Firma DYNAmore steht fuumlr exzellente Unterstuumltzung bei der nummerischen Loumlsung nichtlinearer physikalischer Problemstellungen Das Produktportfolio umfasst die Finite-Elemente-Software LS-Dyna den Pre- und Postprozessor LS-PrePost und die Optimierungssoft-ware LS-OPT sowie zahlreiche FE-Modelle fuumlr die Crashsimulation (Dummies Barrieren Fuszliggaumlnger Menschmodelle ) Schwerpunkte sind Support Vertrieb Schulung Ingenieurdienstleistung Software-Entwicklung und Systemintegration DYNAmore ist eine der ersten Ad-ressen fuumlr Pilot- und Entwicklungs-projekte zur Simulation nichtlinearer dynamischer Problemstellungen

wwwdynamorede

sbquobenchmarklsquo the industry respected magazine is the only truly independent publication geared towards the analysis and simulation community

Published quarterly by NAFEMS benchmark includes submissions and news from all areas of engineering simulation throughout the globe

Respected industry-wide as the only truly independent publication focusing specifi cally on analysis and si-mulation benchmark has been published since 1987 and has a controlled circulation of NAFEMS members and subscribers Articles span all areas of simulation from FEA to CFD encompassing all industries from aerospace to bio-medical engineering

NAFEMS Members can access an archive of publis-hed articles here Details of how to submit articles and advertise in the magazine are also available at wwwnafemsorgpublicationsbenchmark

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NEUIGKEITEN

FE-DESIGN

Dassault Systegravemes uumlbernimmt FE-DESIGN- siehe auch Dassault Simulia -Dassault Systegravemes uumlbernimmt FE-Design Technologiefuumlhrer in Designoptimierung in der fruumlhen Produktentwicklungsphase Die Uumlbernahme von FE-Design mit Zentrale in Karlsruhe Deutschland erweitert Dassault Systegravemesrsquo Simu-lia Anwendungen zur komplettesten Designoptimierungsloumlsung auf dem Markt Mit uumlber 200 weltweiten Industriekunden wie General Mo-tors BMW Siemens and Suzlon ist FE-Design Technologiefuumlhrer fuumlr nicht-parametrische Optimierungs-loumlsungen sowohl im Struktur- als auch im Fluid-Bereich Die Houmlhe des Transaktionsbetrages wurde nicht mitgeteilt ldquoDesignoptimierung ist eine Um-schreibung von lsquoFinde das richtige Designrsquo fuumlr Unternehmen fuumlr Kun-den fuumlr die Welt Auf der 3DEex-perience Plattform geht es um die Optimierung der Unternehmengs-geschaumlfte -prozesse und ndashprodukte bdquoAus diesem Grund passt FE-Design so gut zu Dassault Systegravemesrdquo er-klaumlrte Bernard Charlegraves President und CEO Dassault Systegravemes ldquoWas wollen die Kunden Koumlnnen wir es schnell und effi zient bereitstellen Ist es zukunftsfaumlhig Das sind die Fragen die sich die Industrie stel-len muss um Produkte Natur und Leben auszubalancieren Genau diese Fragen beantwortet unsere 3DEexperience Plattformrdquo In einem schnell wachsenden Markt werden Designentwicklung und die Anwendung von Optimierungstech-niken zum entscheidenden Faktor um die Anspruumlche an Produktlei-stung mit Ressourceneffi zienz und knappen Zeitvorgaben in Einklang zu bringen FE-Designrsquos Produkte werden zur Staumlrkung von Dassault Systegravemesrsquo 3DEexperience Plattform beitragen und mit ihr die automa-tische Entwicklung des richtigen Designs in einem Simulationspro-zess noch schneller und effi zienter machen ldquoWir arbeiten bereits seit mehr als 10 Jahren eng mit Dassault Systegravemes

zusammen und sehen die Vorteile und den Nutzen den unsere Kunden sofort durch die weltweite Support-unterstuumltzung und zukuumlnftig auch durch interne Unternehmens-Ko-operationen und zukunftsweisende Technologien fuumlr 3D Modellierung und Simulation haben werden bdquo erklaumlrte Dr Juumlrgen Sauter Gruumlnder und CEO von FE-Design Als stra-tegische Ergaumlnzung von Dassault Systegravemes werden wir in der Lage sein unsere Kunden noch besser darin zu unterstuumltzen unsere Pro-dukte in ihrem Unternehmen zum groumlszligten Nutzen anzuwendenldquo Diese Transaktion wurde am 23 April 2013 abgeschlossen

Tosca Extension for Ansys WorkbenchMit der Tosca Extension for Ansys Workbench steht Anwendern von Ansys Workbench ab Version 145 der volle Umfang der Topologieo-ptimierung zur Verfuumlgung Durch die nahtlose Integration koumlnnen Optimierungsstrategien direkt in der vertrauten Workbench-Umgebung umgesetzt werden ohne Daten zwischen den entsprechenden Simulationsprogrammen zu trans-ferieren Tosca Extension for Ansys Workbench ist fuumlr Tosca Structure Kunden kostenlos ab 23042013 bei FE-Design und seinen Vertriebspart-nern erhaumlltlich Globaler Wettbewerb verschaumlrfte Emissionsgesetzgebung - Produkte und Komponenten muumlssen nicht nur funktionalen Anforderungen genuumlgen sondern dies auch unter bestmoumlglicher Ausnutzung der ein-gesetzten Ressourcen erreichen Signifi kantes Potenzial zur Senkung der Entwicklungs- und Herstellungs-kosten bietet die Strukturoptimie-rung Bestehende CAE-Umgebungen sind meist heterogen Damit ver-bunden sind teilweise sbquoDefi zitelsquo wie unterschiedliche Benutzeroberfl auml-chen und Datenformate die den Simulationsprozess komplexer und langsamer machen Mit Ansys Work-bench steht eine einheitliche Ent-wicklungsplattform zur Verfuumlgung bei der mit einem gemeinsamen Simulationsmodell fuumlr unterschied-

liche Anwendungen gearbeitet wird Die Umsetzung von Entwick-lungsaufgaben wird so signifi kant erleichtert und beschleunigt da u a Datenkonvertierungen uumlberfl uumlssig werden Synergieeffekte genutzt und Uumlbertragungsfehler vermieden werden koumlnnen Die einheitliche und vertraute Arbeitsumgebung ist die Basis fuumlr eine Produktivitaumlts-steigerungDie Integration von Tosca Structuretopology in die Ansys Workbench macht den manuellen Datentransfer zwischen Optimierung und Simula-tion uumlberfl uumlssig Zusammen mit der einheitlichen Benutzerumgebung wird fuumlr den Anwender der Einsatz von Tosca Structuretopology we-sentlich komfortabler und schneller Die integrierte Bauteiloptimierung mit Tosca Extension for Ansys Work-bench fuumlhrt so zu einer deutlichenweiteren Effi zienzsteigerung ToscaExtension for Ansys Work-bench ist einfach zu installieren und dann direkt einsetzbar Sie ist fuumlr Tosca Structure Kunden kostenlos und unterstuumltzt derzeit die komplette Topologieoptimierung

Tosca Structure 73Die neue Softwareversion Tosca Structure 73 bietet Anwendern zwei neue bzw stark uumlberarbeite-te grafi sche Benutzeroberfl aumlchen zur vereinfachten und schnelleren Interaktion im Simulations- und Optimierungsprozess Mit zusaumltz-lichen Funktionen in der Gestalt- und Sickenoptimierung ermoumlglicht Tosca Structure 73 erweiterte Anwendungsmoumlglichkeiten fuumlr eine effi ziente ProduktentwicklungMit dem neuen Tosca ANSA envi-ronment (TAe) spricht Tosca Struc-ture 73 alle Nutzer an die ihre Optimierungsaufgaben interaktiv am FE-Modell defi nieren wollen Hierzu stehen umfangreiche Optimie-rungstemplates zur Verfuumlgung In dieser neugestalteten GUI sind alle Produktneuerungen der aktuellen Tosca Version enthalten So werden nun auch die Funktionserweiterun-gen von Tosca Structure wie etwa netzunabhaumlngige Symmetriebedin-gungen sowie viele weitere Funk-tionalitaumlten unterstuumltzt Die aktuelle


NEUIGKEITEN

Version Tosca Structure 73 enthaumllt erweiterte sbquoMesh-Smoothlsquo-Funk-tionen in der Gestaltoptimierung Diese Funktion erlaubt sehr groszlige Formaumlnderungen bei nahezu gleich-bleibender Netzqualitaumlt So wird die Gestaltoptimierung fuumlr noch mehr Anwendungsfaumllle effi zient nutzbarKomfort und Schnelligkeit der Inte-gration von Tosca Structuretopology in den Produktentwicklungsprozess werden auch mit der zweiten neuen Benutzeroberfl aumlche sichergestellt Die Tosca Extension for Ansys Workbench Diese - fuumlr Tosca Struc-ture und Ansys Workbench Nutzer kostenlose - Erweiterung erlaubt dem Anwender alle Arbeitsschritte der Optimierung in seiner gewohn-ten Ansys Workbench Umgebung durchzufuumlhren Ein Datentransfer zwischen verschiedenen Oberfl auml-chen wird uumlberfl uumlssig Fehlerquellen und Zeitverlust werden vermieden

wwwfe-designde

GRANTA DESIGN

Intelligentes Materialdaten-managementGranta Design das weltweit fuumlh-rende Unternehmen im Bereich Werkstoff-Informationsmanage-ment hat heute die Verfuumlgbarkeit des neuen Critical Materials Data Module innerhalb der Granta MI Software bekannt gegeben Die Ent-wicklung des Moduls wurde durch das Samulet Projekt vorangetrie-ben ein von Rolls-Royce gefuumlhrtes Gemeinschaftsprogramm dessen Abschlussbesprechung Ende April stattfand Das neue Datenmodul ist eine Reaktion auf das wachsende Bewusstsein fuumlr Geschaumlftsrisiken durch kritische Inhaltsstoffe Es kann Unternehmen dabei helfen bei ihrer Werkstoffauswahl gesetzliche Bestimmungen wie den Amerikani-schen Dodd-Frank Act einzuhalten Weiterhin werden zum Beispiel besondere Werkstoffl isten wie die Studie sbquoCritical Raw Materials for the EUlsquo die kritische Materialien und Konfl iktmineralien unter besonderer Pruumlfung herausstellt beruumlcksichtigt

Kritische Werkstoffe wie beispiels-weise seltene Erden sind Mate-rialien bei denen aufgrund von Faktoren wie geopolitischen Risiken nationale Umweltrisiken Kapazi-taumltsmangel Konfl iktmineralien und Preisschwankungen entsprechende Versorgungsrisiken bestehen Das neue Datenmodul ermoumlglicht eine vollstaumlndige Einschaumltzung dieser Faktoren Zusammen mit Grantas Werkzeugen fuumlr die Unterstuumltzung optimaler Material- und Fertigungs-entscheidungen ermoumlglicht es ent-schaumlrfende Maszlignahmen zu einem fruumlhen Zeitpunkt im Produktent-wicklungsprozess einzuleiten Das bedeutet dass die tatsaumlchlichen Risiken und Kosten die mit der Verwendung dieser Werkstoffe ver-bunden sind verstanden und auf ein Minimum reduziert werden koumlnnenUm eine datenbasierende Beurtei-lung zu unterstuumltzen umfasst das Critical Materials Data Modul Infor-mationen zu Versorgungsrisiken von 67 Kernelementen Die Informatio-nen die diese Elemente beschrei-ben sind an die Eintraumlge der Werk-stoffe geknuumlpft (z B Legierungen fuumlr Luft- und Raumfahrt) in denen diese Elemente gefunden werden koumlnnen Dies ermoumlglicht es kritische Werkstoffe schnell zu identifi zieren Informationen zu Preisvolatilitaumlt und Preisveraumlnderungen helfen bei der Beurteilung potenzieller Auswir-kungen zukuumlnftiger Preisschwan-kungen Die Informationen werden durch eine grundlegende Rating-methode des Versorgungsrisikos unterstuumltzt um einen praxisnahen aktionsbezogenen Ansatz fuumlr die Risikominimierung sicherzustellen Diese Werkzeuge sind als Ergebnis aus dem mit Grantas Beteiligung durchgefuumlhrten Rolls-Royce Sa-mulet Projekt hervorgegangen das seitens der britischen Regierung und der Industrie fi nanziell gefoumlrdert wur-de Die Foumlrdermittel stammen unter anderem vom UK Technology Strat-egy Board und dem Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) In der letzten Phase des Projektes lag der Schwerpunkt in der Bereitstellung von Werkzeugen fuumlr die Luft- und Raumfahrtindustrie zur Verwaltung und Analyse verbotener

Substanzen kritischer Materialien und dem Energieverbrauch da die Branche fuumlr die naumlchste Generation ziviler Flugzeuge umweltfreundliche-re Triebwerke herstellen will

wwwgrantadesigncom

HBM

BOA setzt auf nCode GlyphWorksBOA ist spezialisiert im Engineering und der Produktion fl exibler Verbin-der fuumlr Abgassysteme die Motor-bewegungen von der Abgasanlage entkoppeln Jedes fl exible Verbinde-relement muss fuumlr die jeweilige Ap-plikation entwickelt werden um die statischen Lasten und dynamischen Bewegungen auszugleichen und die Anforderungen an die gewuumlnschte Lebensdauer im Automotive-Be-reich Nutzfahrzeugen und Off-Road Anwendungen zu erreichen Die Da-ten fuumlr diesen kundenspezifi schen Entwicklungsprozess werden im Fahrversuch (RLDA Road Load Data Acquisition) auf Pruumlfstrecken erfasst In der Vergangenheit waren mehrere Schritte fuumlr die Daten-analyse notwendig und in jedem einzelnen Schritt dieses komplexen Prozesses kamen unterschiedliche Softwareprodukte zum Einsatz was die Entscheidungsfi ndung verlang-samt hat BOA konnte durch die Implementierung von nCode Gly-phWorks den Engineering-Prozess entscheidend verbessern nCode GlyphWorks automatisiert die meis-ten Analyseprozesse und eruumlbrigt die Konvertierung von Datenforma-ten Damit werden moumlgliche Fehler-quellen bei den Eingabedaten direkt ausgeschlossenbdquoDie Optimierungen durch den Ein-satz von nCode GlyphWorks und nCode DesignLife erlauben es uns die Daten effi zienter zu verarbeiten und zu analysieren die Faumlhigkeit Konstruktionsvarianten und noumltige Anpassungen zu einem fruumlhen Zeitpunkt zu evaluieren erhoumlht das Vertrauen reduziert die Risiken und hilft das Produkt schneller auf den Markt zu bringenldquo meint Srinivas Gade Produktentwicklung Advan-ced Engineering fuumlr BOA


NEUIGKEITEN

nCode Automation bei TurbomecaTurbomeca (Safran) konstruiert fertigt und vermarktet die breiteste Palette von Gasturbinen fuumlr Hub-schrauber in kleinen bis mittelgroszligen Leistungen Intensive physikalische Tests sind notwendig fuumlr die Ent-wicklung von neuen Turbinen und die Qualifi zierung von Turbinen fuumlr neue Anwendungen In der Vergan-genheit benoumltigte Turbomeca mehr als zwei Monate zur Testdatenana-lyse auf Basis von Microsoft Excel Tabellen fuumlr ein Standardprogramm zur Entwicklung einer Gasturbine Die Analysen bestehen hierbei hauptsaumlchlich aus Filterungen statistischen Analysen und Berich-ten Zur Effizienzsteigerung bei der Datenanalyse hat Turbomeca zu nCode Automation gewechselt welches die groszligen Datendateien im Versuchsfeld effi zienter verwalten kann und umfangreiche Automati-sierungstools fuumlr die Datenanalyse bereitstellt Die Analysezeit fuumlr die letzte Turbine konnte von zwei Mo-naten auf nur eine Woche verkuumlrzt werden ldquoDie Verbesserungen die wir bei der Effi zienz der Datenana-lyse erreichen konnten machen es moumlglich die Leistung und Robustheit unserer Produkte durch Erweiterung der durchgefuumlhrten Analysen zu verbessern - ohne die Produktein-fuumlhrungszeit zu verlaumlngernrdquo sagt Pierre Mialocq Projektmanager bei Turbomeca

Lebensdaueranalysen von Struk-turen mit Schweiszlignaumlhten Schweiszligen wird in vielen Branchen als effektive und wirtschaftliche Me-thode fuumlr die strukturelle Verbindung zwischen Metallteilen verwendet Allerdings besitzen Schweiszligver-bindungen im Allgemeinen eine geringere Ermuumldungsfestigkeit als die miteinander verbundenen Teile Gleichzeitig werden Schweiszlignaumlhte haumlufi g an speziellen Orten der Struk-tur oder an Strukturuumlbergaumlngen ein-gesetzt Dies resultiert darin dass selbst gut konstruierte Strukturen haumlufig Ermuumldungsversagen an geschweiszligten Punkten aufweisen Jede Evaluierung der Betriebsfes-tigkeit einer geschweiszligten Struktur muss daher einen hohen Stellenwert

auf die Bewertung der Schweiszligver-bindungen legenEine Reihe von Funktionen sind in nCode Design-Life implementiert worden um die Lebensdaueranalyse von Schweiszlig-naumlhten zu erleichtern und es gibt weitergehende Entwicklungen zur Verbesserung und Erweiterung die-ser Anwendungsmoumlglichkeiten Das Whitepaper skizziert die wichtigsten implementierten Methoden und bie-tet einige Hintergrundinformationen und Validierungsfaumllle

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IBM

Houmlchstleistungsrechner Super-MUC Rechenleistung steigt ab 20142015 von 3 auf 64 Petafl ops In Anwesenheit von Staatsminister Dr Wolfgang Heubisch unterzeich-neten heute Prof Dr Karl-Heinz Hoffmann Praumlsident der Bayeri-schen Akademie der Wissenschaf-ten (BAdW) Prof Dr Arndt Bode Vorsitzender des Direktoriums des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) der BAdW Martina Koederitz Vorsit-zende der Geschaumlftsfuumlhrung IBM Deutschland GmbH und Andreas Pflieger Vertriebsleiter Wissen-schaft und Forschung IBM Deutsch-land GmbH den Vertrag uumlber die Erweiterung des Houmlchstleistungs-rechners SuperMUC am LRZ SuperMUC wurde am 20 Juli 2012 als schnellster Rechner Europas in Betrieb genommen und zeichnet sich dadurch aus dass er besonders universell und aumluszligerst energieeffi -zient einsetzbar ist Zu den vorhan-denen 155656 Prozessorkernen werden mit der Erweiterung Ende 2014Anfang 2015 weitere 74304 Prozessorkerne der dann neuesten verfuumlgbaren Intel Xeon-Technologie hinzukommen Der Hauptspeicher wird von 340 um 198 auf dann 538 Terabyte erweitert und zu den bishe-rigen 12 Petabyte Hintergrundspei-cher kommen weitere 9 Petabyte hinzu Die Spitzenrechenleistung wird sich verdoppeln und dann 64 Petafl ops betragen Dies sind 64 Billiarden

also 6400000000000000 Gleit-kommaoperationen (Floating Point Operation Flop) pro Sekunde Die Architektur des SuperMUC laumlsst trotz der imposanten Zahl von mehr als 229960 Prozessorkernen einen stabilen Dauerbetrieb und sehr gute Skalierung erwarten Die Anwendungen die auf den Houmlchstleistungsrechnern des LRZ gerechnet werden reichen von Simulationen der Entwicklung des Universums uumlber die Modellierung des heiszligen Erdinnern der Ausbrei-tung von Erdbebenwellen und die Berechnung von Stroumlmungseigen-schaften der verschiedensten tech-nischen und natuumlrlichen Systeme bis hin zur Untersuchung biologischer und immer haumlufi ger auch medizini-scher Fragestellungen die unmittel-bar den Menschen zugutekommen bdquoAuch bei der Auswahl des Super-MUC hat sich die Entscheidung fuumlr eine Rechnerarchitektur die fuumlr ein breites Spektrum wissenschaftlicher Anwendungen geeignet ist ausge-zeichnet bewaumlhrt SuperMUC war schon kurz nach der Inbetriebnahme vollstaumlndig ausgelastet und es gibt bereits erste Anwendungen die praktisch den gesamten Rechner effi zient nutzen koumlnnen Insbeson-dere in den Bereichen Bio- und Lebenswissenschaften erwarten wir in Zukunft einen deutlich erhoumlhten Bedarf an Rechenleistungldquo betonte Prof Dr Arndt Bode Leiter des LRZ Auch die Erweiterung des Super-MUC wird wie das bestehende System mit warmem Wasser gekuumlhlt werden Dies ermoumlglicht einerseits eine besonders energieeffiziente Kuumlhlung ohne zusaumltzliche Kaumllte-maschinen sowie andererseits die Nutzung der Rechnerabwaumlrme zur Heizung der LRZ-Gebaumlude Durch den gleichzeitigen Einsatz von besonders energieeffizienter Systemsoftware die von IBM in enger Zusammenarbeit mit dem LRZ entwickelt wurde konnte die Leistungsaufnahme des Super-MUC schon im ersten Betriebsjahr weiter optimiert und somit die fuumlr den Betrieb des Systems benoumltigte elektrische Energie um mehr als 30 gegenuumlber vergleichbaren Sys-temen mit herkoumlmmlicher Kuumlhlung reduziert werden


NEUIGKEITEN

Die direkte Kuumlhlung der Compu-terchips mit Wasser erhoumlht zudem die Lebensdauer und Betriebssta-bilitaumlt der Rechnerkomponenten da diese im Betrieb und selbst bei mehrstuumlndigen Abschaltungen nur sehr geringen Temperaturschwan-kungen ausgesetzt sind Die seit Inbetriebnahme des SuperMUC beobachtete Rate an Hardwarede-fekten ist daher fuumlr ein System die-ser Groumlszligenordnung aumluszligerst gering Im Rahmen des nationalen Verbun-des Gauszlig Zentrum fuumlr Supercompu-ting (GCS) koumlnnen Wissenschaftler in Bayern Deutschland und daruumlber hinaus SuperMUC ohne Aumlnderung an den bisherigen Programmierkon-zepten nutzen Uumlber die Infrastruktur PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) eroumlffnet Su-perMUC weitere neue Moumlglichkeiten fuumlr Wissenschaftler in 25 europaumli-schen Mitgliedsstaaten

wwwibmcom

INTES

Temperaturberechnung elektronischer SteuerkartenElektronische Steuerungen sind aus vielen mechatronischen An-wendungen in Fahrzeugen und Maschinen nicht mehr wegzuden-ken Der Entwurf der elektronischen Steuerkarten hat neben der reinen Steuerungsfunktion auch den Ener-gieverbrauch und die Lebensdauer zu beruumlcksichtigen Dazu sind die Fuumlhrung der Leiterbahnen die Temperaturentwicklung der Steuer-elemente und die Waumlrmeabfuhr zu beruumlcksichtigen Die virtuelle Ermitt-lung dieser und weiterer Faktoren fuumlhrt zu einer mehrfach gekoppelten Aufgabe aus elektrischer Stromver-teilung Ermittlung der Waumlrmequel-len und der Temperaturverteilung auf der SteuerkarteZur Loumlsung dieser Aufgabe wurde in den vergangenen Monaten ei-nen Prozess aufgesetzt der eine Kopplung von elektrothermischen Analysen mit PERMAS und von

Stroumlmungsanalysen mit OpenFOAM durchfuumlhrt In PERMAS wird ein 3D-Strukturmodell verwendet um den elektrischen Strom und die Temperatur einschlieszliglich Strahlung zu berechnen In OpenFOAM wird zum einen die natuumlrliche Konvektion im Inneren der Steuerbox berech-net zum anderen die erzwungene Konvektion durch die aumluszligere An-stroumlmungExemplarisch liegt die Kopplung fuumlr ein Leistungsmodul einer Motorkuumlh-lung vor Informationen dazu und einen kleinen Film fi nden Sie hier Wenn Sie an weiteren Einzelheiten interessiert sind koumlnnen Sie uns gerne eine E-Mail schicken an infointesde

wwwintesde





NEUIGKEITEN

MSCSOFTWARE

Seit einem halben Jahrhundertim virtuellen GeschaumlftDie MSC Software Corporation An-bieter von Simulationssoftware und Dienstleistungen begeht in diesem Jahr sein 50 Firmenjubilaumlum Aus diesem Anlass fi nden die traditionel-len MSC Nastran- Adams- Marc- und SimManager User Meetings zeitgleich am 14 und 15 Mai 2013 in Berlin statt Eingeladen sind alle Anwender und Partner von MSC sowie interessierte Berechnungs-ingenieure und CAE-Experten Die Teilnehmer koumlnnen sich auf uumlber 30 Vortraumlge Produkt-Updates viele verschiedene Workshops und ein Demonstration Center freuen Begonnen hat die Geschichte von MSC am 1 Februar 1963 als Richard MacNeal und Robert Schwendler die MacNeal-Schwendler Corpora-tion (MSC) gegruumlndet haben Nur zwei Jahre spaumlter entwickelte das junge Unternehmen mit der NASA ein universell einsetzbares FE-Programm Dieses Programm wird bdquoNAsa STRuctural ANalysisldquo getauft kurz NASTRAN und hat maszliggeblich zum Siegeszug der numerischen Si-mulation beigetragen Seitdem kam bei nahezu jeder Entwicklung eines Flugzeuges oder Autos die Soft-ware zum Einsatz Heute ist MSC Nastran Standard fuumlr die Berech-nung linearer Statik und Dynamik in der gesamten Fertigungsindustrie - genauso wie Marc fuumlr nichtlineare Strukturanalysen Adams fuumlr die Be-rechnung der Mehrkoumlrperdynamik und SimManager fuumlr Simulations-datenmanagementIn Berlin moumlchte MSC die Anwender der verschiedenen Produkte zu-sammenbringen um das 50-jaumlhrige Jubilaumlum zu feiern Dominic Gallello CEO von MSC eroumlffnet die zweitauml-gige Veranstaltung Er wird nicht nur auf die Geschichte zuruumlckblicken sondern auch einen Ausblick geben wo das Unternehmen in Zukunft hin moumlchte Anschlieszligend erhalten die Teilnehmer der Konferenz einen Uumlberblick uumlber die Neuerungen der aktuellen Produkte und in der Ses-sion sbquoA New Era Beginslsquo wird MSC ein neues innovatives Softwarepro-

gramm vorstellen bdquoWir sind stolz auf unser Erbe als Softwareunterneh-men das ein Vorreiter bei der Ent-wicklung der Entwicklungssimulation war und einen groszligen Beitrag hierzu geleistet hatldquo so Gallello bdquoDas MSC-Team freut sich darauf auch weiterhin die Zukunft der Simulati-onstechnologien mitzubestimmenldquoAm Nachmittag des ersten Tages sind Anwendervortraumlge geplant In parallelen Sessions fuumlr MSC Nastran Adams Marc und Sim-Manager werden Referenten aus Industrieunternehmen und aus Forschungs- und Hochschuleinrich-tungen Einblick in ihre taumlglichen und nicht-alltaumlglichen Simulationsprojek-te geben Am zweiten Tag stehen neben weiteren Vortraumlgen Produkt-Updates und Workshops im Mittel-punkt Die Hauptthemen drehen sich rund um Simulation Composites Lebensdauerberechnung Akustik Datenmanagement etcBegleitet wird das User Meeting von einer Fachausstellung und einem Demonstration Center In der Aus-stellung praumlsentieren sich Anbieter von Hardware Dienstleistungen und komplementaumlrer Software Im Demonstration Center stehen den Teilnehmern waumlhrend der gesamten Konferenzzeit technische Experten zur Verfuumlgung mit denen direkt am Rechner interessante Anwendungen und Fragen besprochen werden koumlnnenErstmals richtet MSC ein User Mee-ting in der deutschen Hauptstadt aus ndash mitten im Herzen von Berlin Das Veranstaltungshotel liegt direkt am Potsdamer Platz Mehr von Ber-lin koumlnnen die Teilnehmer bei der Abendveranstaltung kennenlernen Mit dem Fahrtgastschiff MS Alex-ander von Humbold geht es auf die Spree zu einer Fahrt vorbei an den Sehenswuumlrdigkeiten der deutschen HauptstadtMehr Informationen httppagesmscsoftwarecom50Years-Home-Germanyhtml Bei Fragen ist das MSC Software Team per Email an UserDay2013mscsoftwarecom oder telefonisch unter +49 89 4319870 erreichbar

Mit flexiblen Zaumlhnen robustere Getriebe entwickelnDie MSC Software Corporation Anbieter von Simulationssoftware und Dienstleistungen hat heute die Einfuumlhrung der neuen Version AdamsGear Advanced Technology (AT) 2013R1 angekuumlndigt Gear AT ist ein skalierbares dynamisches Simulationstool fuumlr den Konstruk-tionsprozess von Getrieben und als Plug-In fuumlr das Mehrkoumlrperdy-namikprogramm Adams erhaumlltlich Highlight der neuen Version ist die Erweiterung um ein Kontaktmodell fuumlr fl exible Zaumlhne Die Flexibilitaumlt wird durch den Finite Elemente (FE)-Solver MSC Nastran ermitteltDer Einsatzbereich von Gear AT beginnt mit der kinematischen Auslegung von einzelnen Getrie-bestufen und reicht bis zur dynami-schen Simulation von kompletten Getrieben unter Beruumlcksichtigung von Bauteilsteifi gkeiten und Waumllz-lagern gegebenenfalls sogar unter Beruumlcksichtigung von topologischen Profilmodifikationen Die stetige Entwicklung von Gear AT zielt darauf ab dass multidisziplinaumlre Berech-nungstechnologie mit groszliger An-wenderfreundlichkeit den gesamten Entwicklungsprozess von Getrieben unterstuumltzt Der Berechnungsprozess von Gear AT durchbricht das Paradigma das realitaumltsnahe Modellierung zu einem groszligen Aufwand fuumlr den Modellaufbau und zu sehr langen Rechenzeiten aufgrund der Loumlsung des nichtlinearen Kontaktes zwi-schen den flexiblen Zahnflanken fuumlhrt Die Modellierung und die Berechnung mit Gear AT erfordern keine tiefgehenden Kenntnisse uumlber die FE-Methode und die Mehrkoumlr-perdynamik Der leistungsfaumlhige und robuste Kontaktalgorithmus beruumlcksichtigt den realen dreidi-mensionalen Zahneingriff mit Achs-versatz und Schiefstellung inklusive mikrogeometrischer Korrekturen Moderne Getriebe unterliegen dem allgemeinen Trend zunehmender Optimierung Leichtbau lange Le-bensdauer kleine Uumlbertragungs-fehler oder beispielsweise Akustik muumlssen in der Konstruktionsphase rechnerisch erfasst und optimiert


NEUIGKEITEN

werden Die realitaumltsnahe Mo-dellierung mit Gear AT kann die Konstruktion in den angefuumlhrten Punkten unterstuumltzen und ersetzt vereinfachende Modellierungen wo-durch sich Qualitaumlt der numerischen Voraussagen verbessertGear AT 2013R1 ist vollkommen kompatibel mit Adams Die Ergeb-nisse von Gear AT umfassen die resultierenden Kraumlfte und Momente in den Getriebestufen wobei Ef-fekte wie Reibung und Daumlmpfung beruumlcksichtigt sind Zusaumltzliche Er-gebnisse wie Kontaktspannungen resultierende Zahnkraumlfte Gleitge-schwindigkeit Reibverluste Achs-versatz und Schiefstellung stehen zur Verfuumlgung Gear AT 2013R1 unterstuumltzt derzeit Innen- und Auszligenverzahnungen von gerad- oder schraumlgverzahnten Stirnraumldern

wwwmscsoftwarecom

NAFEMS

NAFEMS World Congress und Internationale SPDM ConferenceVon 9-12 Juni 2013 fi ndet in Salz-burg Oumlsterreich der NAFEMS World Congress und integriert die internationale SPDM Conference (Simulation Process and Data Ma-nagement) statt Unter dem Motto bdquoA World of Engineering Simulationrdquo ist dies der wohl groumlszligte und bedeu-tendste internationale und unabhaumln-gige Kongress im Bereich Simulation und Berechnung Das umfangreiche Konferenzprogramm mit uumlber 250 Fachvortraumlgen setzt sich zusam-men aus Anwendervortraumlgen aus der Industrie unter anderem von ABB Adam Opel Airbus Audi BMW Bombardier Daimler DLR EADS Faurecia Ford Goodyear Hyundai Jaguar Land Rover Magna Steyr Parker Hannifi n PSA Peugeot Citroen Rolls-Royce Samsung Schneider Electric Schindler Ele-vator Siemens Tata Steel Automo-tive Toshiba Volkswagen Volvo hellip sowie aus Beitraumlgen von For-schungsinstituten Hochschulen und von Hard- und Softwareherstellern

Keynote-Vortraumlge werden von R Sundermeier (Volkswagen D) H Hasselblad (Volvo Cars S) S Sir-man (Tata Steel Automotive UK) K Ohtomi (Toshiba J) G Steven (Uni-versity of Sydney AUS) F Popielas (Dana Corp USA) und J Buffe (Thales Alenia Space F) gehalten Das Vortragsprogramm steht sofort unter wwwnafemsorgcongress zur Verfuumlgung Der Kongress bietet durch Diskussionsrunden bdquospecial interestldquo Sessions einer umfang-reichen Fachausstellung und nicht zuletzt durch ein umfassendes Vor-tragsprogramm eine ideale Plattform fuumlr den Wissensaustausch und um sich uumlber neueste Entwicklungen und Trends neutral unabhaumlngig uumlbergreifend und international zu informieren Zusaumltzlich werden parallel zum Kongress CFD- und FEM-Einstiegsschulungen sowie Short Courses zu verschiedenen Fachthemen angeboten Weiterhin ist der offi zielle Launch des bdquoProfes-sional Simulation Engineers PSEldquo waumlhrend des Kongresses geplantAlle Teilnehmer sind automatisch fuumlr beide Konferenzen registriert und haben uneingeschraumlnkten Zu-gang zu allen Programmteilen Der Kongress ist offen fuumlr Mitglieder und Nichtmitglieder Naumlhere Informatio-nen fi nden Sie unter wwwnafemsorgcongress

wwwnafemsorg

SIEMENS PLM SOFTWARE

General Motors waumlhlt Siemens zum Supplier of the Year 2012General Motors hat die Business Unit Siemens PLM Software als einen der besten Zulieferer fuumlr die Automobilbranche weltweit aus-gezeichnet Der Preis wurde zum einundzwanzigsten Mal im Rahmen der jaumlhrlichen Supplier of the Year-Veranstaltung in Detroit verliehenbdquoEs ist eine Ehre die Auszeichnung bdquoSupplier of the Yearldquo immer wie-der von GM zu erhalten Es zeigt wie sehr unserem Team der Erfolg der Kunden am Herzen liegt Es ist auszligerdem das direkte Resul-tat der engen Beziehung unserer


NEUIGKEITEN

beiden Unternehmenldquo sagt Chuck Grindstaff CEO und President von Siemens PLM Software bdquoWir sind stolz auf diese Partnerschaft mit General Motors Auch in Zukunft werden wir GM dabei helfen hoch-wertige Automobile zu konstruieren zu bauen und zu vermarktenldquoAls einer von nur 83 anerkannten GM-Zulieferern hat Siemens re-gelmaumlszligig die Anforderungen an Innovation Produktqualitaumlt und fristgerechten Service erfuumlllt sowie herausragenden Mehrwert gelie-fert Siemens bekommt den Preis insgesamt zum fuumlnften Mal Drei der Auszeichnungen erhielt das Unternehmen in den vergangenen vier JahrenbdquoSiemens ist am Erfolg von GM im Jahr 2012 maszliggeblich beteiligt und hat dabei unsere Erwartungen stets uumlbertroffen Das gelang mit Innovationsfreude qualitativ hoch-wertigen Produkten und auf den Punkt gelieferten Dienstleistungen Auszligerdem hat Siemens auszligerge-woumlhnlichen Mehrwert geliefertldquo sagt Grace Lieblein Vice President Global Purchasing und Supply Chain bei GM bdquoSiemens PLM Software ist aus unserer Sicht ein Supplier auf weltweit houmlchstem Niveau den wir gerne auszeichnenldquoDen Supplier of the Year Award erhalten weniger als ein Prozent der rund 18500 Zulieferbetriebe von GM weltweit Praumlmiert werden dabei Unternehmen die innovative Technologien und uumlberdurchschnitt-liche Qualitaumlt bieten schnelles Krisenmanagement vorweisen und wettbewerbsfaumlhige Preise fuumlr unter-nehmensweite Loumlsungen aufrufenSiemens PLM Software liefert GM ein umfassendes Paket an integ-rierter Software Services und Ex-pertenwissen Auf dieser Basis wird der gesamte Produktlebenszyklus automatisiert Zu den Produkten

die bei GM im Einsatz sind gehoumlrt NX die Software fuumlr Computer Aided Design (CAD) Manufacturing (CAM) und Engineering (CAE) daruumlber hinaus Teamcenter fuumlr das digitale Lifecycle-Management sowie das Tecnomatix-Portfolio mit dem die Fertigung digital automatisiert und simuliert wird Die gesamte Software verhilft produzierenden Betrieben zu fundierten Entscheidungen und damit zu besseren ProduktenBei GM waumlhlt ein weltweit verteiltes Team von Fuumlhrungskraumlften aus den Bereichen Einkauf Konstruktion Qualitaumltssicherung Herstellung und Logistik die Gewinner des Supplier of the Year Awards aus

wwwsiemenscomplm

TECOSIM

Japan Kooperation mit Tecosim traumlgt Fruumlchte- siehe auch Tecosim - Contact Software und Tecosim Japan haben das Fast Concept Modelling Toolset (FCM) bei mehreren japanischen Automobilherstellern platziert In Japan agiert der Spezialist fuumlr nume-rische Berechnung und Simulation als Reseller fuumlr Contacts innovatives Konzeptwerkzeug mit dem schon in der fruumlhen Phase die Validierung des zukuumlnftigen Produktverhaltens unterstuumltzt werden kann Koopera-tionen zwischen beiden Unterneh-men gibt es auch in Deutschland bereits seit mehreren Jahren in juumlngerer Zeit unter anderem bei der Entwicklung des speziell fuumlr Kurzstrecken ausgelegten Elektro-fahrzeuges StreetScooter oder beim Verbundprojekt bdquoRobust Design Op-timierungldquo das kuumlrzlich angelaufen ist und vom Bundesministerium fuumlr Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefoumlrdert wird

Bitte senden Sie uns Ihre Pressemitteilungen an magazinnafemsde

Die hier veroumlffentlichten Texte wurden nicht redaktionell redigiertund wurden weitgehend unveraumlndert von den jeweiligen Firmen uumlbernommen

Tecosim ist international ein gefrag-ter Entwicklungspartner im Bereich Computer Aided Engineering (CAE) und Marktfuumlhrer im Segment Mo-bilitaumlt Die Unternehmensgruppe hat ihre Unternehmenszentrale in Ruumlsselsheim und Tochtergesell-schaften in Groszligbritannien Indien und Japan Mit dem Anspruch bdquoBetter life by simulationldquo erarbeitet ein Team von weltweit rund 400 Berechnungsingenieuren Loumlsungen fuumlr die Geschaumlftsfelder Mobilitaumlt Energie Industrie amp Technik sowie Gesundheit Fuumlr Kunden bilden die CAE-Spezialisten das Verhalten von Bauteilen in den fruumlhen Phasen der Produktentwicklung mit verschiede-nen Simulationstools ab und legen die Daten ausMit dem FCM bietet Contact ein Catia Add-on an das eine schnelle einfache Erstellung von Geometrie-modellen sowie den automatischen Export von FE-Modellen fuumlr Crash NVH- und statische Analysen un-terstuumltzt bdquoCAE ermoumlglicht bessere Produkte in kuumlrzeren Entwicklungs-zyklen Ressourcenschonung und geringere Umweltbelastungldquo sagt Yukiyoshi Taguchi Managing Direc-tor von TecosimJapan bdquoDer FCM-Einsatz beschleunigt den Prozess von der ersten Produktidee bis zu einem abgesicherten Konzept noch mehr sodass wir unseren Kunden damit weitere Zeit- und Kostenvor-teile erschlieszligen koumlnnenldquo Software und Tecosim traumlgt FruumlchteContact Software und TecosimJapan haben das Konzeptwerkzeug FCM bei mehreren japanischen OEMs platziert In Japan agiert der CAE-Spezialist als Contacts Reseller und auch in Deutschland kooperieren beide Unternehmen

wwwtecosimcom


PSE


VERANSTALTUNGEN

NAFEMS e-Learning Kurs Practical Modelling of Joints and Connections 0905 (4 Wo) Internet wwwnafemsorge-learning NAFEMS

Safety Week 13-1605 Aschaffenburg D wwwsafetyweekde carhstraining

Human Modelling and Simulation in Automotive Engineering 13-1405 Aschaffenburg D wwwsafetyweekde carhstraining

Symposium on Computational Biomechanics 13-1405 Ulm D wwwuni-ulmdemisccbuhtml Univ Ulm

Grazer Symposium Virtuelles Fahrzeug 14-1505 Graz A wwwgsvfat ViFTU Graz

MSC User Meeting 14-1505 Berlin D wwwmscsoftwarecom MSCSoftware

8 Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft fuumlr Biomechanik (DGfB) 15-1705 Neu-Ulm D wwwbiomechanik-kongressde DGfB

Femfat User Meeting 15-1705 Steyr A wwwfemfatcom ECS

Simulia Community Conference 22-2405 Wien A www3dscomcompanyeventssccoverview 3DS

IDDRG 02-0506 Zuumlrich CH wwwiddrg2013ethzchcms ETH Zuumlrich

NAFEMS World Congress amp International SPDM Conference 9-1206 Salzburg A wwwnafemsorgcongress

NAFEMS Trainingskurs Practical Introduction to FEA 10-1206 Salzburg A wwwnafemsorg NAFEMS

NAFEMS Trainingskurs Introduction to CFD Analysis Theory and Applications 10-1206 Salzburg A wwwnafemsorg NAFEMS

NAFEMS e-Learning Kurs Fatigue amp Fracture Mechanics 1806 Internet wwwnafemsorge-learning NAFEMS



VERANSTALTUNGEN

AVL User Conference 18-2006 Graz A wwwavl-ast-uc2013com AVL

Ansys Conference amp Cadfem Users`Meeting 19-2106 Mannheim D wwwusersmeetingcom AnsysCadfem

NAFEMS e-Learning Kurs Practical Introduction to CFD 2606 Internet wwwnafemsorge-learning NAFEMS


Daimler EDM CAE Forum 10-1107 Stuttgart D wwwdaimlercomedm-cae-forum Daimler

NAFEMS e-Learning Kurs Basic amp Advanced Dynamic FE Analysis 31 Juli Internet wwwnafemsorge-learning NAFEMS

NAFEMS e-Learning Kurs Basic Dynamic FE Analysis 31 Juli (5 Wo) Internet wwwnafemsorge-learning NAFEMS

Composites Europe 17-1909 Stuttgart D wwwcomposites-europecom Reed

NAFEMS e-Learning Kurs Advanced Dynamic FE Analysis 18 Sept Internet wwwnafemsorge-learning NAFEMS

TTP - Tools and Technologies for Processing Ultra High Strenght Materials 19-2009 Graz A wwwtoolsandformingcom TU Graz

LS-Dyna Forum 24-2509 Filderstadt D wwwdynamorede DYNAmore

Open Source CFD International Conference 2013 24-2510 Hamburg D opensourceCFDcomconference2013 Icon

Automotive Simulation World Congress 29-3010 Frankfurt D wwwansyscomASWC Ansys

Simpack Academy 30-3110 Pullach D wwwsimpackcomsimpack_academy Simpack

BlechExpo 05-0811 Stuttgart D wwwblechexpo-messede Messe Stuttgart

PTC Live 12-13111 Stuttgart D wwwptccomgermany PTC

Weimarer Optimierungs- und Stochastiktage 21-2211 Weimar D wwwdynardodedewosthtml Dynardo

Euromold 03-0612 Frankfurt D wwweuromoldcom Demat

Weitere NAFEMS Veranstaltungen fi nden Sie unter wwwnafemsorgevents


AKUSTIK

Simulation hochfrequenter transienter Koumlrperschallaus-breitung mit Hilfe der Ray Tracing Methode

Dr-Ing Markus Kohlhuber Dr-Ing Marinus Luegmair P+Z Engineering GmbH)

Die Ausbreitung hochfrequenter transienter Koumlrperschallwellen stellt ein interessantes physikalischesPhaumlnomen dar Deshalb gibt es auch eine Vielzahl an Messverfahren um die entsprechenden Signale zubeobachten Meist wird hierbei aber nur das Frequenzspektrum der gemessenen Zeitsignale ausgewer-tet Um Signale wie sie im Versuch erhalten werden simulieren zu koumlnnen sind viele verschiedene Verfahrenim Einsatz Leider sind die Ergebnisse die mit vertretbarem Aufwand berechnet werden koumlnnen aber oftnur gemittelte Spektren oder lediglich niederfrequente Zeitsignale Fuumlr die Beispielanwendung der koumlr-perschallbasierten Crasherkennung ist es aber noumltig das Zeitsignal der hochfrequenten transienten Bie-gewellenausbreitung durch die Fahrzeugstruktur im Bereich von 5 ndash 20 kHz zu berechnen Hierfuumlr wird im Folgenden eine Methode basierend auf der mathematischen Beschreibung der wichtigsten physika-lischen Effekte vorgestellt (Kapitel 2) Mittels dieser Formeln laumlsst sich die Wellenausbreitung durch die Struktur beschreiben Zusaumltzlich werden aber die Wege als sogenannte Rays benoumltigt und ihre unendli-che Zahl auf die relevanten reduziert (Kapitel 3) Zusaumltzlich wird hier auch die Uumlberlagerung der einzel-nen Strahlen zum gesamten Signal an einer Sensorposition durchgefuumlhrt Der naumlchste Schritt ist die Anwendung des Verfahrens auf eine typische Fahrzeugstruktur und der Vergleich der Ergebnisse miteiner Messung welche eine gute Uumlbereinstimmung zeigt (Kapitel 4) Der Vergleich von Simulation und Messung wird im Folgenden auch an einer kompletten Fahrzeugkarosserie durchgefuumlhrt (Kapitel 5) Ab-schlieszligend findet sich ein kurzer Ausblick auf moumlgliche weitere Anwendungsgebiete (Kapitel 6) und eine kurze Zusammenfassung (Kapitel 7)

1 Einfuumlhrung Es gibt mehrere spezielle Anwendungen innerhalb derer es noumltig ist transiente Vorgaumlnge mit hoher Fre-quenzaufloumlsung zu simulieren etwa die koumlrperschallbasierte Crasherkennung Das Koumlrperschallsignal aus derDeformationszone das zum Sensor innerhalb der Fahrgastzelle geleitet wird wird hier genutzt um den Airbagauszuloumlsen [12] Auf Grund der kurzen Zeit die zur Crasherkennung zur Verfuumlgung steht ndash weniger als 50 ms etwa im Fall eines Frontcrash ndash muss ein sehr transientes Signal mit Frequenzanteilen bis zu 20 kHz fuumlr diesen Zeitraum simuliert werden Fuumlr die reine Koumlrperschallausbreitung innerhalb der Fahrzeugstruktur ist eine lineare Simulation der Wellenuumlbertragung ausreichend wodurch die Berechnung sowohl direkt im Zeit- als auch imFrequenzbereich erfolgen kann [3] Die Anforderungen an ein entsprechendes Simulationsverfahren sind - Berechnung der transienten zeitveraumlnderlichen Koumlrperschallausbreitung im Fahrzeug um das Zeitsignal an

der Sensorposition zu erhalten - Beruumlcksichtigung der Effekte Dispersion Daumlmpfung Reflexion und Transmission der Biegewelle - Robuste und schnelle Berechnung der Sensorsignale analog zu einer typischen Crash-FEM-Berechnung

ohne den Bedarf an reellen Prototypen

In den letzten Jahren wurden viele Verfahren und Methoden speziell fuumlr transiente oder hochfrequente Schall-und Schwingungsphaumlnomene entwickelt Aber nur Wenige koumlnnen verwendet werden um transiente und hoch-frequente Effekte gleichzeitig zu berechnen Die am weitest verbreitete Methode fuumlr transiente strukturmechani-sche Simulationen ist die FEM welche aber aktuell noch nicht in der Lage ist diesen hohen Frequenzbereich mit vertretbarem Aufwand abzubilden [2] Eine entsprechende Simulation wuumlrde eine unakzeptable Rechenzeit be-sitzen und zu hohe Datenmengen produzieren Ein bekanntes Verfahren fuumlr den hohen Frequenzbereich ist die SEA (Statistische Energie Analyse) bei der es aber leider nicht moumlglich ist transiente Zeitsignale mit korrekter Phasenlage zu berechnen Beide Methoden und weitere Verfahren inklusive der Gruumlnde warum sie fuumlr diese Anwendung nicht geeignet sind finden sich in [456] Da es kein Verfahren gibt welches durch zwei-dimensionale Biegewellenausbreitung entstandene transiente Zeitsignale im Bereich von 5 ndash 20 kHz berechnen kann wird im Folgenden die Transiente Ray Tracing Methode (TRTM) entwickelt


AKUSTIK

2 Abbildung der physikalischen Effekte Um eine Berechnungsmethode fuumlr die hochfrequente Biegewellenausbreitung zu entwickeln muumlssen zuerst alle relevanten physikalischen Effekte integriert werden

21 Beschreibung der Biegewelle

Die Biegewelle kann nur in begrenzten Strukturen auftreten und besonders innerhalb von Blechen ist sie die Wellenart mit dem groumlszligten Einfluss Da die meisten technischen Strukturen im Groszligteil aus Blechen bestehen etwa Fahrzeugkarosserien und Schiffe ist die Biegewelle hier besonders wichtig [7] Mathematisch wird die freie Wellenausbreitung der Biegewelle beschrieben mittels Gleichung [8]

02

2

tw

hwK (1)

mit der Biegesteifigkeit [8]

2

3

112Eh

K (2)

Hierbei ist der Laplace-Operator w die Auslenkung normal zur Platte die Dichte h die Plattendicke Eder E-Modul die Querkontraktion und t die Zeit Diese Formel basiert auf der Plattentheorie nach Kirchhoff[78]

22 Dispersion

Die frequenzabhaumlngige Ausbreitungsgeschwindigkeit auch als Dispersion bezeichnet ist eine Grundeigenschaftder Biegewelle [79] Durch loumlsen der Wellengleichung (1) mit exponentieller Darstellung

tkxwtxw j0e (3)

ergibt sich mit der Wellenzahl k und der Beziehung kc die Biegewellengeschwindigkeit fuumlr eine einzelne Welle mit Frequenz in der Platte [6]

42

3

112Eh

c (4)

mit der imaginaumlren Einheit dargestellt durch j Aus der Dispersion folgt dass zwei Wellen mit unterschiedlicherFrequenz einen Ort etwa einen Sensor zu unterschiedlichen Zeiten erreichen Dies fuumlhrt zum Verschleifen je-des Signals welches aus mehreren Frequenzen besteht [56]

23 Daumlmpfung

Da die Daumlmpfung physikalisch schwer zu beschreiben ist ist es noch schwieriger sie mathematisch korrekt zubeschreiben Deshalb ist es zielfuumlhrender eine einfache mathematische Beschreibung zu waumlhlen um die Daumlmp-fung leicht in die Simulation integrieren zu koumlnnen Besonders da weiterfuumlhrende Daumlmpfungsmodelle zu erhoumlh-tem Berechnungsaufwand fuumlhren Diese einfache Beschreibung ist die Einfuumlhrung eines komplexen E-Moduls[7]

EEE j (5)

welcher zur komplexen Wellenzahl fuumlhrt [6 7]

4j1112

42

2

Ehk (6)

Hierbei ist EE die sogenannte Materialdaumlmpfung Eingesetzt in Gleichung (3) zeigt sich dass die Amplitude mit zunehmender Ausbreitungslaumlnge abnimmt und ebenfalls frequenzabhaumlngig ist


AKUSTIK

24 Amplitudenreduktion

Fuumlr die kreisfoumlrmige Wellenausbreitung auf einer Platte ist es bei Betrachtung der Energie offensichtlich dasssich die Amplitude mit zunehmender Ausbreitung verringern muss Die Laumlnge der Wellenfront also der Kreisum-fang wird mit zunehmendem Abstand zum Anregungspunkt immer groumlszliger wodurch sich die Energie der Welle fuumlr ein kleines Stuumlck der Wellenfront entsprechend mit der Zeit verringern muss Deshalb ist es noumltig die Verringerung der Verschiebungsamplitude der Welle die sich auf der Platte ausbreitetabzubilden Dies kann erfolgen indem die homogene zwei-dimensionale Wellengleichung (1) fuumlr die Platte geloumlst wird Die Details der Herleitung uumlber die Hankelfunktion und ihre asymptotischen Entwicklungen koumlnnen in [67]gefunden werden Die Verschiebungsamplitude ergibt sich zu

krww 2

0

(7)

mit der Ausgangsamplitude der Welle am Anregepunkt 0w und dem Abstand zum Anregepunkt r Durch dieenthaltene Wellenzahl ergibt sich auch hier wieder eine Frequenzabhaumlngigkeit des Effektes

25 Reflexion und Transmission

Sowohl Reflexion als auch Transmission tritt an Uumlbergaumlngen zwischen einzelnen Blechen auf Wobei ein Uumlber-gang hier eine Aumlnderung der Blechstaumlrke des Materials oder des Verbindungswinkels der Bleche bedeutetPhysikalisch ist dies ein Wechsel der Wellenimpedanz mathematisch eine Aumlnderung der Ausbreitungskoeffi-zienten der Wellengleichung (1) [710] Zusaumltzlich zum einfachen Fall in dem durch die Reflexion und Transmis-sion lediglich die Amplitude veraumlndert wird kann es auch zu frequenz- und einfallswinkelabhaumlngiger Brechungder Welle und die Umwandlung in eine andere Wellenart kommen So ist etwa der Reflexions- und der Trans-missionsfaktor bei zwei unter 90deg verbundener Platten mit gleicher Wandstaumlrke abhaumlngig vom Einfallswinkel [4 6] Fuumlr die Reflexion gilt hier

cossin1jsin12cossin1jsin12

22

22

R (8)

und fuumlr die Transmission [4 6]

cossin1jsin12cos2j

22T (9)

wie in Abb 1 dargestellt

0 15 30 45 60 75 900

02

04

06

08

1

Einfallswinkel [deg]

Ref

lexi

ons-

und

Tran

smis

sion

sfak

tor [

-]

|R|

|T|

Abb 1 Reflexions- und Transmissionsfaktor fuumlr die Biegewelle in Platten die unter einem Winkel von 90deg ver-bunden sind fuumlr den Fall gleicher Wandstaumlrke fuumlr beide Bleche


AKUSTIK

3 Die Transient Ray Tracing Methode In diesem Abschnitt folgt die Entwicklung der Transient Ray Tracing Methode (TRTM) mit ihren zwei Haupt-schritten dem Finden der relevanten Strahlen und der eigentlichen Berechnung des Zeitsignals

31 Ermittlung der Strahlen

Die Berechnung der moumlglichen Strahlen ist eigentlich unabhaumlngig vom Wellentyp und kann als rein geometri-sche Analyse betrachtet werden Nur wenn Brechung auftritt ist es noumltig bereits bei der Strahlberechnung den Wellentyp zu kennen und das entsprechende Brechungsgesetz zu integrieren

311 Modellierung als Spiegelquellen und Strahlen

Fuumlr die Berechnung von physikalischen Strahlen unterschiedlichster Art haben sich drei Verfahren etabliert Diese sind die Spiegelquellen-Methode das Ray und das Beam Tracing [711] Diese lassen sich erlaumlutern an-hand einer unendlichen Platte auf der eine Punktquelle konzentrische Wellenfronten aussendet (Abb 2 links)

Q Q ZZ

Abb 2 Ausbreitung der Koumlperschallwelle von Quelle (Q) zum Sensor (Z) als konzentrische Kreise auf der unendlichen Platte (links) und auf der begrenzten Platte mit reflektierten Wellenfronten (rechts)

Wenn diese Platte nun begrenzt ist werden die Wellenfronten an den Raumlndern reflektiert (Abbildung 2 rechts) Ein Sensor auf dieser Platte sieht das gleiche Signal ob eine Spiegelquelle der Originalquelle ndash gespiegelt anden Raumlndern ndash vorhanden ist (Abb 3 links) oder ob ein Strahl direkt an den Raumlndern reflektiert wird (Abb 3rechts) [511]

SQ

Q Z Z

ϕ ϕ

r11

r0

r12

Q

SQ

Abb 3 Einfuumlhrung einer Spiegelquelle (SQ) um die Reflexion an den Raumlndern der endlichen Platte zu beruumlcksichtigen


AKUSTIK

Beide Verfahren beschreiben denselben physikalischen Effekt und koumlnnen benutzt werden fuumlr einen Algorithmus zur Strahlberechnung Fuumlr die Transiente Ray Tracing Methode wird wie der Name schon sagt das Ray Tracing verwendet da das Ergebnis einfacher graphisch uumlberpruumlft werden kann auch fuumlr komplexe Strukturen aus meh-reren Platten Zudem ist der Effekt des 90deg-Phasensprungs der Biegewelle an freien Raumlndern leichter integrier-bar Des Weiteren ist dieses Verfahren aber auch das numerisch effizientere wenn Mehrfachreflexionen berech-net werden muumlssen [4] Die resultierende gesamte Strahllaumlnge ist nicht so einfach zu erkennen als bei der Spiegelquellenmethode istaber einfach die Summe der Teilstrahlen

n

jiji rr

1 (10)

312 Berechnung der moumlglichen Strahlen

Die beschriebenen Vorgehensweisen sind vor allem fuumlr die theoretische Entwicklung und das Verstaumlndnis ge-eignet In der konkreten numerischen Implementierung muumlssen die Verfahren entsprechend angepasst werden Da fuumlr die gegebene Anwendung das Ray Tracing besser geeignet ist wird dieses im Folgenden angepasst Die Grundlegende Eigenschaft eines Strahls ist dass er analog zum Vektor durch einen Startpunkt und eine Richtung beschrieben werden kann Der Startpunkt ist fuumlr den ersten Teilstrahl immer die Quelle der Welle unddie Richtung wird durch einen diskreten Winkel beschrieben der immer um einen konstanten Wert variiertwird (Abb 4 links)

Qϕ

y

x

ZQ

Abb 4 Unter diskreten Winkeln ausgehende Strahlen der Punktquelle (links) und Kontrolle ob diese den Sensor eventuell nach mehrmaliger Reflexion treffen (rechts)

Nun werden alle berechneten Strahlen uumlberpruumlft ob sie bereits den Sensor treffen (Abb 4 rechts) Wenn nein wird die Strahlberechnung fortgesetzt wenn ja wird der Strahl abgespeichert aber trotzdem weiter berechnet daeine Welle die den Sensor trifft nach weiteren Reflexionen den Sensor zu einem spaumlteren Zeitpunkt erneut tref-fen kann Durch die Diskretisierung und numerische Fehler ist es aber impraktikabel einen einzelnen Zielpunktzu verwenden da er nicht getroffen wird Deshalb ist es noumltig einen Zielbereich bzw eine Zielflaumlche zu definie-ren Die Bestimmung der Zielflaumlche ist eine Aufgabe die mit verschiedensten teils frequenz- und geometrieab-haumlngigen Ansaumltzen in der Raumakustik angegangen wird [12] Fuumlr diese Anwendung ist es aber am sinnvollstendie reale Sensorflaumlche als Zielflaumlche zu verwenden Typisch waumlre hier etwa eine Montageflaumlche von 6 x 6 mm fuumlr einen Beschleunigungssensor [13] Als naumlchstes werden die von der Quelle ausgehenden Strahlen uumlberpruumlft ob sie einen Vektor schneiden dereine Berandung der Platte darstellt Wenn ein Rand getroffen wird so erfolgt eine komplette Reflexion und der Schnittpunkt von Randvektor und einfallendem Strahl definiert den Startpunkt fuumlr den ausfallenden Strahl Die Richtung des neuen Strahls ergibt sich aus der Beziehung dass der einfallende Winkel gleich dem ausfallendenWinkel gegenuumlber der Normalen es Randes ist Dies ist dann der naumlchste Vektor der uumlberpruumlft werden kann ob er die Zielflaumlche oder eine andere Berandung trifft Wenn aber ein Uumlbergang getroffen wird so ist der Schnitt-punkt der Startpunkt von zwei neuen Vektoren (Abb 5)


AKUSTIK

Q

Reflexion Transmission

Reflexions- und Transmissionskante

ZQ

Abb 5 Aufteilung eines einfallenden Strahls in einem reflektierten und einem transmittierten Stahl an einem Uumlbergang (links) Beispiele von entstehenden Strahlen (rechts)

Fuumlr den reflektierten Strahl verlaumluft die Berechnung wie oben beschrieben Der transmittierte Strahl wird aber gebrochen und sein Winkel ergibt sich uumlber das Gesetz von Snellius [7]

2

2

1

1 sinsincc

(11)

Zusaumltzlich muss noch beachtet werden dass es durch den diskreten Startwinkel der Strahlen aus der Quelle heraus moumlglich ist das zwei oder mehr numerische Strahlen denselben Physikalischen beschreiben Dies ge-schieht wenn zwei benachbarte diskrete Strahlen den gleichen Weg zum Sensor nehmen die Zielflaumlche aber an verschiedenen Stellen treffen Um diese zusaumltzlichen Strahlen auszusortieren ist es noumltig Alle zu vergleichenFinden sich zwei oder mehrere Strahlen mit derselben Abfolge an Schnitten mit den einzelnen Randvektoren somuumlssen diese bis auf einen geloumlscht werden

313 Bestimmung der relevanten Strahlen

Wie leicht zu erkennen ist kann die Prozedur zur Berechnung der Strahlen beliebig lange fortgesetzt werden undliefert unendlich viele Strahlen Deshalb ist es entscheidend fuumlr das Verfahren intelligente Abbruchbedingungen fuumlr die Strahlberechnung zu haben um eine endliche Zahl an Strahlen zu erhalten und die Rechenzeit zu redu-zieren Fuumlr die Biegewelle in duumlnnwandigen Strukturen sind diese Laufzeit Da jeder Zeitraum der simuliert wird endlich ist zB 50 ms fuumlr die gegebene Anwendung koumlnnen alle Strahlen die nach dieser Zeit erst den Sensor erreichen ausgeschlossen werden Mit der Ausbreitungsge-schwindigkeit der Biegewelle kann eine entsprechende Abbruchlaumlnge maxr bestimmt werden [46]

max4simmax hK

tr (12)

Deshalb wird nach jedem Teilstrahl die Gesamtlaumlnge des Strahls gegen diesen Wert verglichen Amplitudenabnahme Das zweite Abbruchkriterium basiert auf der Amplitudenabnahme bei zwei-dimensionalerAusbreitung Wenn durch diese Verringerung die Amplitude unter einen vorgegebenen Wert faumlllt etwa 1 der Anregungsamplitude ist der Anteil des Strahls am Gesamtsignal zu gering und der Strahl kann vernachlaumls-sigt werden Die entsprechende Abbruchlaumlnge ist in diesem Fall [46]

2max

4max112

hK

r (13)

Daumlmpfung Analog zur Amplitudenabnahme durch die Energieverduumlnnung bei zwei-dimensionaler Ausbreitung ist die Amplitudenabnahme durch Daumlmpfung Auch hier koumlnnen alle Strahlen vernachlaumlssigt werden deren Amplitude unter den Wert

fallen Die Abbruchlaumlnge ist hier [46]

ln41

Bmax

4max hK

r (14)


AKUSTIK

Anzahl der Uumlbergaumlnge Zuletzt reduziert auch jeder Uumlbergang die Amplitude da der einfallende Strahl in zwei Strahlen aufgeteilt wird So laumlsst sich eine Anzahl an Uumlbergaumlngen n bzw Reflexionen und Transmissionen bestimmen die die Amplitude auf einen vorgegebenen Wert rt reduziert haben Fuumlr den Fall von variierendenKoeffizienten fuumlr Reflexion und Transmission laumlsst sich als allgemeiner Fall fuumlr die Bestimmung der maximal zu beruumlcksichtigenden Uumlbergaumlnge angeben [4]

max

rtminn

jj TR (15)

32 Simulation des Gesamtsignals

Die beschriebene Methode des Ray Tracing beschreibt uumlber die Strahlen vor allem die geometrische Eigen-schaft der Struktur aber es fehlen noch mehrere physikalische Effekte Deshalb wird im Folgenden die entspre-chende mathematische Vorgehensweise zur Berechnung der Signalaumlnderung durch die Effekte und zur Gene-rierung des Gesamtsignals dargestellt

321 Ausbreitungseffekte

Jeder Teilstrahl beschreibt die Ausbreitung der Welle durch einen homogenen Bereich der Struktur mit den ent-sprechenden physikalischen Effekten Die Teilstrahlen an sich sind unabhaumlngig von der Wellenart durch diegegebene Anwendung finden sich aber im Folgenden die Formeln fuumlr die Biegewelle Die mathematische Dar-stellung erfolgt im Frequenzbereich

SiAMiT XHX (16)

mit der Uumlbertragungsfunktion

ikr

iiAM kr

H j e2

(17)

Das Signal am Ende iTX des Strahls i mit der Laumlnge ir ergibt sich aus dem Eingangssignal SX und der Wel-

lenzahl k fuumlr die Platte Hier ist die Amplitudenabnahme durch die zwei-dimensionale Wellenausbreitung durch den Wurzelterm und die Daumlmpfung durch die komplexe Wellenzahl beruumlcksichtigt Alternativ koumlnnen diese Be-rechnungen natuumlrlich im Zeitbereich durchgefuumlhrt werden [5]

322 Rand- und Fuumlgestelleneffekte

Der Einfluss von Raumlndern und Uumlbergaumlngen kann auch als Uumlbertragungsfunkton beschrieben werden

onTransmissi diefuumlr Reflexion diefuumlr

T

RH ijRM (18)

bzw fuumlr das Treffen von mehreren Raumlndern oder Uumlbergaumlngen als Gesamtuumlbertragungsfunktion [6]

1

1

in

jijRMiRM HH (19)

Im einfachsten Fall sind die Reflexions- und Transmissionsfaktoren nur vom Impedanzsprung abhaumlngig Siekoumlnnen fuumlr komplexe Geometrie aber auch von Frequenz und Einfallwinkel abhaumlngen [6714]

323 Superposition der einzelnen Strahlen

Da sich die Wellenausbreitung linear beschreiben laumlsst koumlnnen die Signale der Teilstrahlen uumlberlagert werdenDie Superposition der Uumlbertragungsfunktionen fuumlr die Ausbreitung und fuumlr die Uumlbergaumlnge ergibt fuumlr das Gesamt-signal [6]

SiRMiAMiT XHHX (20)

Entsprechend kann auch das Zeitsignal aller einzelnen Strahlen die den Sensor treffen zum Gesamtsignal uumlber-lagert werden [6]

in

iiTT XX

1 (21)


AKUSTIK

4 Validierung der Methode Die Methode wird an einer typischen duumlnnwandigen Struktur dem Fahrzeugtunnel (Abb 6) einem Teil der Ka-rosserie vorgenommen

Abb 6 Beispiel eines Fahrzeugtunnels (links) und die Skizze der vereinfachten Struktur (rechts)

Der Tunnel wird so stark vereinfacht dass er nur aus rechteckigen Platten besteht welche unter einem Winkel von 90deg verbunden sind (Abb 7 links) Diese in ihrer Komplexitaumlt stark reduzierte Struktur kann nun einfach zueiner zwei-dimensionalen Struktur abgewickelt werden (Abb 7 rechts)

250

Q

Z

Q

Z

Abb 7 Auseinanderfalten einer drei-dimensionalen Tunnelstruktur zu einem zwei-dimensionalen Modell bestehend aus verschiedenen Platten (Dicke 15 mm) die verbunden sind durch Uumlbergaumlnge mit Reflexions- und Transmissionseigenschaften (Abmessungen in mm)

An den Biegeradien der urspruumlnglichen Struktur muss im Modell ein entsprechender Vektor vorhanden sein derden Uumlbergang zwischen den Platten abbildet Die Koeffizienten fuumlr diesen 90deg-Uumlbergang (Gleichung (8) und (9))werden diesem Vektor zugeordnet Die Anregung des Tunnels erfolgt auf der oberen Platte am Punkt S und dieSensorposition ist auf derselben Platte am Punkt Z Somit ist das Berechnungsmodell symmetrisch und besteht aus gleichdicken Platten mit reflektierenden Raumlndern In der Crashsensierung ist es uumlblich dass ein hochfrequentes Signal durch einen speziellen Einhuumlllenden-Algorithmus zu einem niederfrequenten Signal transformiert wird [1] Dies wird getan um die Datenmenge so zureduzieren dass sie im Airbag-Steuergeraumlt uumlberhaupt verarbeiten werden kann Fuumlr das Tunnelmodell ist der Vergleich von gemessenen und simulierten Signal beide mit demselben Einhuumlllenden-Algorithmus nachbearbei-tet in Abb 8 dargestellt


AKUSTIK

0 2 4 6 8 100

2

4

6

8

10

Zeit [ms]

Ampl

itude

Ein

huumllle

nde

[g]

MessungSimulation

Abb 8 Vergleich des gemessenen und des simulierten Einhuumlllenden-Signals des Fahrzeugtunnels

Hier zeigt sich die gute Korrelation zwischen Versuch und Simulation besonders in Anbetracht der typischen Teststreuung innerhalb von Crashversuchen und der starken Reduktion der geometrischen Komplexitaumlt Einezusaumltzliche Untersuchung zur Robustheit etwa der Variation der Sensorposition kann in [46] gefunden werdenAufgrund der guten Ergebnisse wird im naumlchsten Schritt das Verfahren auf eine komplette Fahrzeugkarosserieangewendet

5 Anwendung auf eine Fahrzeugstruktur Fuumlr eine komplette Fahrzeugkarosserie (Abb 9) bzw den Teilbereich der innerhalb der Simulationszeit relevantist kann nicht mehr einfach eine Abwicklung zu einem zwei-dimensionalen Modell erfolgen Hier ist es einfacher die einzelnen Platten zu betrachten und uumlber ihre gemeinsamen Uumlbergaumlnge die Verbindung innerhalb des Pro-gramms abzubilden Wenn ein Strahl einen Uumlbergang trifft kennt der Algorithmus das Nachbarelement und fuumlhrt den Strahl auf diesem fort auch wenn beide sich bei einer Abwicklung in die Ebene nicht mehr beruumlhren wuumlr-den So kann jeder Strahl der auf den Platten verlauft auf seinem Weg durch den Raum berechnet werden [6] Fuumlr das hier verwendete Modell ist die geometrische Repraumlsentation aumlhnlich grob wie fuumlr das Tunnelmodell undder Anregepunkt liegt in der Fahrzeugfront am Anfang eines eindimensionalen Ausbreitungselements einemeinfachen Balken der den Laumlngstraumlger repraumlsentiert (Abb 9)

Quelle (Q)

QuelleRaytracer (QR) Ziel (Z)

Abb 9 Modell fuumlr die Simulation der gesamten Fahrzeugkarosserie

Der Startpunkt des Ray Tracing Algorithmus ist hier der Punkt QR von dem aus die Strahlen zum Ziel Z berech-net werden Drei dieser Strahlen finden sich exemplarisch in Abb 10


AKUSTIK

Abb 10 Darstellung dreier moumlglicher Strahlen innerhalb der Struktur

Nach dem alle relevanten Strahlen bestimmt wurden beginnt die Berechnung des Gesamtsignals Als Ein-gangssignal wir der Modalhammerimpuls aus der Messung verwendet Das Ergebnis der Simulation zeigt imVergleich zur Messung dieselbe Charakteristik im Zeitsignal (Abb 11)

0 1 2 3 4 5-2

-15

-1

-05

0

05

1

152

MessungSimulation

Zeit [ms]

Am

plitu

de R

ohsi

gnal

[g]

Abb 11 Vergleich des gemessenen und des simulierten Zeitsignals am Fahrzeugmodell im Bereich von 5 - 20 kHz ohne zusaumltzliche Signalverarbeitung

Wird auf diese Signale wieder der Einhuumlllenden-Algorithmus angewendet so ergibt sich auch fuumlr die gesamte Karosserie eine gute Korrelation zwischen Simulation und Messung (Abb 12) Der Berechnungsaufwand fuumlr diese Analyse und Moumlglichkeiten zur Parallelisierung finden sich in [6]

0 5 10 15 200

01

02

03

04

05

060708

MessungSimulation

Zeit [ms]

Am

plitu

de E

inhuuml

llend

e [g

]

Abb 12 Vergleich des gemessenen und des simulierten Einhuumlllenden-Signal des Fahrzeugmodells


AKUSTIK

6 Zusaumltzliche Anwendungsgebiete Neben der gezeigten Anwendung der koumlrperschallbasierten Crasherkennung gibt es viele weitere Gebiete auf denen das entwickelte Verfahren zur Simulation von Wellensignalen benutzt werden kann Der Ray TracingAlgorithmus an sich ist bis auf den Brechungsfall von der benutzten Wellenart unabhaumlngig und entsprechendallgemein einsetzbar Wenn eine andere Wellenart als die Biegewelle berechnet werden soll muss im naumlchsten Schritt die mathematische Formulierung analog zur hier gezeigten Vorgehensweise erfolgen So kann das ge-zeigte Verfahren einfach auf Longitudinal- und Transversalwellen erweitert werden In Kombination mit der Bie-gewelle koumlnnen diese Wellen zur Verbesserung der Simulation der fruumlhen Phase in der Koumlrperschallausbreitung verwendet werden Denn die Longitudinalwelle erreicht aufgrund ihrer houmlheren Ausbreitungsgeschwindigkeit den Sensor vor der Biegewelle Als weitere Anwendungsgebiete koumlnnen die Zeitsignale einer klassischen Modal-hammer-Analyse analog zu den Messsignalen aus dem Versuch berechnet werden Werden die typischen Spektren und Uumlbertragungsfunktionen benoumltigt so koumlnnen diese natuumlrlich aus den Zeitsignalen bestimmt wer-den Aber auch Untersuchungen innerhalb der zerstoumlrungsfreien Materialpruumlfung koumlnnen simuliert werden da sich der Ray Tracer leicht auf drei-dimensionale Strukturen und die entsprechenden Wellenarten fuumlr massiveKoumlrper erweitern laumlsst

7 Zusammenfassung und Ausblick Ausgehend von den mathematischen und physikalischen Grundlagen wird eine Simulationsmethode entwickelt die in der Lage ist transiente hochfrequente Koumlrperschallausbreitung zu berechnen Wichtige Effekte wie dieDispersion der Biegewelle Daumlmpfung zwei-dimensionale Wellenausbreitung und Reflexion sowie Transmission sind integriert Zudem werden intelligente Abbruchbedingungen fuumlr den Ray Tracing Algorithmus angegeben um aus den unendlich vielen moumlglichen Strahlen die relevanten zu bestimmen Mit diesen Strahlen und der mathe-matischen Beschreibung der Effekte kann das Sensorsignal an einer oder mehreren Sensorpositionen berech-net werden Fuumlr die eingefuumlhrte Anwendung der koumlrperschallbasierten Crasherkennung liefert dieses Verfahren eine gute Uumlbereinstimmung mit gemessenen Signalen Moumlgliche weitere Schritte sind die Untersuchung der Robustheit des Verfahrens gegenuumlber Abweichungen der Parameter und des Berechnungsaufwands fuumlr ver-schiedene Grenzen der Abbruchbedingungen Auch gibt es mehrere Bereiche in denen das Verfahren mit ent-sprechenden Anpassungen analog zur gezeigten Vorgehensweise angewendet werden kann Diese Bereichesind etwa die Impact-Analyse sowie die Werkstoffpruumlfung

8 Literatur [1] Luegmair M Spannaus P Advanced passenger safety through structure-born sound detection Con-

gress Proceeding International Conference on Sustainable Automotive Technology ICSAT Volume 1 133 - 138 2008

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[3] Luegmair M Randbedingungen der Koumlrperschallausbreitung im Fahrzeug zur Crasherkennung Fort-schritte der Akustik ndash DAGA 121 - 122 2008

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lag Berlin 1991 [10] Morse PM Ingard KU Theoretical acoustics 1 Edition Princeton University Press 1986 [11] Lehner G Elektromagnetische Feldtheorie 6 Edition Springer Berlin 2009 [12] Xiangyang Z Kean C Jincai S On the Accuracy of the Ray-Tracing Algorithms Based on Various

Sound Receiver Models Applied Acoustics Vol 64 pp 433-441 2003 [13] NN Datenblatt Picotron Beschleunigungssensor Typ 8614A Winterthur Kistler Gruppe 2008 [14] Sarradj E Hochfrequenter Koumlrperschall in Strukturen Technische Universitaumlt Dresden Fakultaumlt fuumlr

Elektortechnik Dissertation 1998


GETRIEBESIMULATION

Verbessertes Simulationsmodell fuumlr Zahnriemengetriebe Dipl-Ing Hagen Bankwitz Dr-Ing Jens Sumpf Prof Dr-Ing Klaus Nendel (Institut fuumlr Foumlrdertechnik und Kunststoffe (ifk) TU Chemnitz)

Zur Analyse und zur Dimensionierung von Zahnriemengetrieben wurden bisher vorzugsweise Feder-bzw Feder-Daumlmpfer-Modelle verwendet mit denen die fuumlr die Kraumlfteverhaumlltnisse im Getriebe wichtige Biegesteifigkeit des Zahnriemens nicht beruumlcksichtigt werden kann Im vorgestellten Balkenmodell koumlnnen dagegen die in experimentelle Voruntersuchungen ermittelten teilweise nichtlinearen Riemen-kennwerte einbezogen werden und ermoumlglichen deshalb eine genauere Berechnung und Analyse von Zahnriemengetrieben Das Modell beinhaltet wichtige konstruktive Getriebegroumlszligen wie z B Getrie-besteifigkeit (Durchbiegung der Wellen) Achsabstandstoleranzen oder Konzentritaumlts- und Rundlaufab-weichungen der Riemenscheiben und ist auszligerdem zur detaillierten Analyse von verschiedenen Spannmethoden sowie von Trum- und Drehschwingungen im Getriebe geeignet In der Validierungkonnte trotz der noch nicht beruumlcksichtigten Eigenschaften der Riemenverzahnung insgesamt eine gute Uumlbereinstimmung zwischen der Simulation mit dem Balkenmodell und den experimentellen Untersu-chungen festgestellt werden Vor allem in Naumlhe des Nennmoments konnten damit deutlich bessere Er-gebnisse erzielt werden als mit dem bisherigen Federmodell Das Balkenmodell ermoumlglicht deshalb zuverlaumlssigere Vorhersagen z B zum Wirkungsgrad und der Belastung des Riemens und der Getriebe-komponenten Der simulative Mehraufwand ist mit der modernen Rechnertechnik zu vernachlaumlssigen

1 Motivation Zahnriemen auch Synchronriemen genannt sind seit vielen Jahren ein fester Bestandteil der Antriebstechnik im Maschinen- und Fahrzeugbau Durch die Einbeziehung immer neuer Riemenwerkstoffe und -profile sindZahnriemengetriebe bei groszliger Verschleiszligfestigkeit geringer Geraumluschemission und hohem Wirkungsgrad in der Lage relativ hohe Drehmomente und Drehzahlen nahezu winkelsynchron zu uumlbertragen Dadurch erweiternsich die Einsatzgebiete der Zahnriemen staumlndig

Abb 1 Aufbau eines Zahnriemengetriebes

Zahnriemengetriebe besitzen mindestens zwei Riemenscheiben eine An- und eine Abtriebsscheibe welche uumlber je ein Lager drehbar an das Gestell gekoppelt sind (Abb 1) Diese Riemenscheiben sind uumlber den Zahn-riemen formschluumlssig miteinander verbunden Der Zahnriementeil zwischen den Riemenscheiben wird Trumgenannt Der Riementeil der sich an die Riemenscheibe bettet heiszligt Umschlingungsbogen Wird ein Drehmo-ment angelegt entsteht eine Trumkraftdifferenz welche als Umfangskraft FU bezeichnet wird Um die Funktionalitaumlt des Getriebes zu gewaumlhrleisten muss der Zahnriemen vorgespannt werden Die Vor-spannkraft FV darf nicht zu groszlig sein da sich dann der Wirkungsgrad verschlechtert die Lebensdauer des Rie-mens und der anderen Getriebekomponenten deutlich abnimmt und die Gefahr besteht dass der Zahnriemen reiszligt

TrumUmschlingungs-bogen

Antriebs-scheibe

Abtriebs-scheibe

Achsabstand


GETRIEBESIMULATION

Ist die Spannkraft dagegen zu klein steigt der Zahnriemen vorzugsweise an der kleinen Zahnscheibe bzw beim Einlauf in die getriebene Scheibe auf die Flanken der Verzahnung auf (bdquoEinlaufkeilldquo siehe Abb 2) und kannuumlberspringen Folglich wird sich die Lebensdauer des Zahnriemens drastisch reduzieren und auch die Drehwin-kelrelation der Riemenscheiben zueinander verloren gehen Ebenso koumlnnen niederfrequente transversale Trumschwingungen entstehen welche sich auf das Geraumlusch des Getriebes und die Lebensdauer des Zahn-riemens negativ auswirken

Abb 2 Einlaufkeil [ZRG12]

Im Sinne einer hohen Zuverlaumlssigkeit und Lebensdauer ist es somit erforderlich den Zahnriemen mit einer moumlg-lichst genau definierten Vorspannkraft zu beaufschlagen In vielen Faumlllen geschieht dies durch Veraumlnderung bzw genaue Vorgabe des Achsabstandes der Zahnscheiben wobei der Zahnriemen und andere elastisch ver-formte Getriebeelemente als Feder wirken Es entsteht somit ein theoretischer Kraftverlauf in den Trumen entsprechend Abb 3 (gestrichelte Linie) Beim Aufbringen eines Drehmomentes bzw einer Umfangskraft faumlllt die Leertrumkraft nahezu linear ab und die Last-trumkraft steigt entsprechend an Steigt die Umfangskraft auf die doppelte Vorspannkraft an ist die Vorspan-nung im Leertrum komplett aufgebraucht und die theoretische Leertrumkraft wird Null Ab diesem Punkt besteht die Gefahr des Uumlberspringens und das Getriebe ist nicht mehr funktionssicher Die Vorspannkraft muss demzu-folge in Abhaumlngigkeit von der zu erwartenden Belastung mit FV gt 05middotFU gewaumlhlt werden

Abb 3 Trumkraftverlauf [Nag08]


GETRIEBESIMULATION

Aus Abb 3 geht jedoch hervor dass die vorherrschenden Trumkraumlfte in der Realitaumlt deutlich groumlszliger sind als berechnet und kein linearer Zusammenhang zum Drehmoment bzw zur Umfangskraft besteht Dies ist u a aufdie Biegesteifigkeit des Riemens zuruumlckzufuumlhren die in der einfachen Trumkraftberechnung nicht beruumlcksichtigt wird Folglich werden die Getriebe zwar in der Praxis mit entsprechender Uumlbersprungsicherheit dimensioniert aber durch die Einbeziehung zusaumltzlicher Sicherheitsfaktoren im Konstruktionsprozess (bdquoAngstfaktorenldquo) haumlufig viel zu straff vorgespannt

Im Folgenden wird ein analytisches Modell vorgestellt mit dem eine genauere Berechnung und Dimensionie-rung von Zahnriemengetrieben unter Beruumlcksichtigung der realen mechanischen Zahnriemeneigenschaftensowie der Getriebesteifigkeit moumlglich ist Zudem bildet diese Methode die Voraussetzung fuumlr die detaillierte Be-rechnung und Analyse von Abstands- und Rundlauftoleranzen sowie von Drehschwingungen im Getriebe

2 Trummodell In bekannten Simulationsmodellen werden die Riementrume meist als Feder-Daumlmpfer-Elemente (Kelvin-Voigt-Element) [Dre11] oder bei verbesserten Modellen aus Kombinationen von Feder Daumlmpfer und Spielelement ausgefuumlhrt [Bor97] Diese Annahme kann jedoch nur getroffen werden wenn die Trumkraft im Verhaumlltnis zur Riemenbiegesteifigkeit sehr groszlig ist In Naumlhe des Nennmoments ist die Leertrumkraft gering so dass der Ein-fluss der Biegesteifigkeit zunimmt

Der wichtige Einfluss der Biegesteifigkeit des Riementrums welche die Nichtlinearitaumlt des Zahnriemens zum Teil erklaumlrt kann durch ein Balkenmodell dargestellt werden welches im Folgenden hergeleitet wird Dabei wird die Verformung des Trums durch die Differentialgleichung des Balkens unter Normalkrafteinfluss beschriebenwelche analytisch geloumlst wird Das Trum wird als glatter homogener Balken modelliert d h die Zaumlhne desRiemens werden nicht abgebildet

Abb 4 Differentieller Balkenausschnitt

Die Differentialgleichung der Biegelinie fuumlr den Balken unter Normalkrafteinfluss lautet nach [Dan11]

Dabei ist die Querverschiebung w abhaumlngig von der Biegesteifigkeit EI der Normalkraft FN und der aumluszligerenLinienbelastung q Da der Balken keine aumluszligere Linienlast aufweist ist q Null Die Differentialgleichung (21)kann nun exakt geloumlst werden Diese Gleichung entspricht der Eulerschen Differentialgleichung und kann mit Hilfe der charakteristischen Polynomgleichung (22) geloumlst werden vgl [Guumln08]

Aus der Loumlsung von Gleichung (22) kann die allgemeine Loumlsung der Differentialgleichung (21) fuumlr die Querver-schiebung w(x) ermittelt werden

P

NF

x

w

BM

NN dFF

QF

dBB dMM

QQ dFF

dxq

dx


GETRIEBESIMULATION

In Abb 5 ist die Trumverformung in Abhaumlngigkeit der Trumkraft exemplarisch dargestellt Dabei wurden die Kruumlmmung der Riemenscheibe und der Riemenscheibenabstand konstant gelassen Es ist deutlich zu erken-nen dass mit zunehmender Trumkraft die Querverschiebung w(x) abnimmt Daraus folgt dass sich die Trum-kurve mit zunehmender Trumkraft einer Geraden annaumlhert und somit naumlherungsweise dem einfachen Feder-modell entspricht

Abb 5 Exemplarische Trumverformung

Die erste Ableitung entspricht dem Anstieg des Trums welcher im Weiteren benoumltigt wird

Die zweite Ableitung welche ebenfalls weiter benoumltigt wird ist eine gute Naumlherung fuumlr die Kruumlmmung des Trums

In der Gleichung (23) sind die Parameter k1 bis k4 noch unbekannt Die Bedingungen fuumlr deren Bestimmung sind dass der Anstieg und die Kruumlmmung des Trums gleich denen der Riemenscheibe bzw des Rings sein muumlssen Der Parameter λ setzt sich aus der Biegesteifigkeit EI welche vom Zahnriemen abhaumlngt und der Nor-malkraft bzw Trumkraft zusammen Die Trumkraft ist in den einzelnen Getriebemodellen als Variable defi-niert so dass diese hier als gegeben aufgefasst werden kann Damit ist die Querverformungsgleichung voll-staumlndig definiert


GETRIEBESIMULATION

3 Das Getriebe mit festem Achsabstand Das einfachste Zahnriemengetriebe besitzt kein zusaumltzliches Spannelement (Abb 6) Die Vorspannung desZahnriemens wird uumlber die Verstellung des Achsabstands realisiert was eine Trumdehnung zur Folge hat

Abb 6 Prinzipskizze Getriebe mit festem Achsabstand

Das Getriebe wird eben und die Trume als Biegebalken unter Normalkrafteinfluss modelliert da die Simulation bis in die Naumlhe des Uumlbersprungs gute Ergebnisse liefern soll (vgl Abschnitt 2) Die Lager der Riemenscheiben werden linearelastisch abgebildet ebenso wie die Umschlingungsboumlgen α1α2 und α3α4 die sich an die Rie-menscheiben anschmiegen Sowohl Ab- als auch Antriebsriemenscheibe werden exzentrisch gelagert so dass spaumlter auch der Einfluss von Rundlaufabweichungen analysiert werden kann Im Folgenden wird das Gleichungssystem fuumlr das Getriebe hergeleitet Prinzipiell uumlbertragen Umschlingungsge-triebe Momente und Drehbewegungen d h das Ziel ist es den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Aus-gangsleistung mathematisch zu beschreiben Die dafuumlr notwendigen Variablen wurden wie folgt definiert

- Die Drehwinkel und der Riemenscheiben - die Trumwinkel bis der Trumanfangs- und Trumendpunkte - die Dehnungen und der Trume sowie - die Dehnungen und der Umschlingungsboumlgen

Insgesamt sind 13 Variablen definiert so dass ebenfalls 13 Gleichungen (Hauptgleichungen) gefunden werdenmuumlssen Fuumlr die Beschreibung der Hauptgleichungen sind teilweise Nebengleichungen notwendig Neben den Variablen sind diverse konstante Parameter erforderlich welche im Laufe des Abschnitts erlaumlutert werden Wei-terhin muss die Bewegung der Scheibe 1 und das Drehmoment der Scheibe 2 vorgegeben werden Mit den Variablen und den konstanten Parametern werden zunaumlchst die Trumpunkte bis definiert Diessind die Punkte an denen das Trum beginnt bzw endet und in den Umschlingungsbogen uumlbergeht also derRiemen in die Scheibe einlaumluft (siehe Abb 6) Die Trumpunkte der Riemenscheiben koumlnnen mithilfe der Position des Lagers dem Drehwinkel der Exzentrizitaumlt dem Trumwinkel und dem Riemenscheibenradius bzw vektoriell wie folgtbeschrieben werden

1TP

4TP

2TP3TP

1er

2erx

y

2

1

2

1

3

4

14T

23T

12B

34B

1LP 2LP


GETRIEBESIMULATION

Die Positionen der Lager und setzen sich aus der unverformten Lagerposition und der Deformati-on des Lagers infolge der Lagerkraft mit der dazugehoumlrigen Lagersteifigkeit zusammen

Dabei sind die unverformten Lagerpunkte und die Lagersteifigkeit die vorgegeben Parameter Die Lager-kraft folgt aus dem Kraumlftegleichgewicht an der Riemenscheibe und ist in Gleichung (311) definiert Weiterhin muss ein glatter Uumlbergang vom Trum in den Umschlingungsbogen gewaumlhrleistet werden Dafuumlr ist es notwendig dass der Anstieg dw des Trums vgl Gleichung (24) gleich dem Anstieg der Riemenscheibe ist Aus dieser Bedingung folgen die Hauptgleichungen 1 bis 4

Ebenso ist die Kruumlmmung ddw des Trums vgl Gleichung (25) gleich der Kruumlmmung der Riemenscheibe wo-raus sich die folgenden Beziehungen ergeben

Nachdem die geometrischen Variablen definiert sind und die Geometrie des Getriebes beschrieben ist wird anjeder freigeschnitten Riemenscheibe das Momenten- und Kraumlftegleichgewicht aufgestellt


GETRIEBESIMULATION

Abb 7 Freigeschnittenes Getriebe

Aus dem Momentengleichgewicht um das Lager 1 der Riemenscheibe 1 unter Beruumlcksichtigung des Massen-traumlgheitsmoments der Riemenscheibe folgt

Mit dem Momentengleichgewicht um das Lager 2 der Riemenscheibe 2 unter Beruumlcksichtigung des Massen-traumlgheitsmoments der Riemenscheibe 2 wird Hauptgleichung 5 erstellt

Das Drehmoment des Lagers 2 entspricht dem Abtriebsdrehmoment und ist gegeben Es kann sowohl von der Zeit als auch von jeder anderen Variablen abhaumlngen

Abb 8 Rheologisches Modell

Die Trumkraumlfte setzen sich aus einem linearelastischen Anteil und zwei Maxwell-Elementen zusammen (vglAbb 8) und koumlnnen wie folgt berechnet werden

x

y

14TF

23TF

y1LFy2LF

x1LFx2LF

1SM 2SM

3SH2SH

4SH1SH

T

T2

T3

T3EA

T2EA

TEA

T2A

T3A

TF TF


GETRIEBESIMULATION

Die Dehnungen ε T und ε T werden aus der nachfolgender Differentialgleichung des Maxwell-Elements mit derDehnsteifigkeit und spezifischen Daumlmpfung berechnet Diese Gleichungen entsprechen den Haupt-gleichungen 6 bis 9

Der Hebelarm berechnet sich aus der Projektion des Abstandsvektors PTPL auf den um 90 Grad gedrehten dimensionslosen Kraftvektor [Goumlh99]

Aus dem Kraumlftegleichgewicht an den beiden Riemenscheiben folgen die Lagerkraumlfte fuumlr beide Lager in Rich-tung x und y

Weiterhin muss gelten dass die Laumlnge des ungedehnten Riemens gleich der Laumlngen der beiden ungedehn-ten Umschlingungsboumlgen um die Riemenscheibe und der beiden ungedehnten Trumlaumlngen ist (sieheGleichung (312)) Dies entspricht Hauptgleichung 10

Der Umschlingungsbogen wird mit dem Riemenscheibenradius und den dazugehoumlrigen Winkeln α folgen-dermaszligen berechnet

Die Trumlaumlnge muss auf Grund des Balkenmodells mithilfe des Laumlngenintegrals ermittelt werden Da das Integral nicht analytisch geloumlst werden kann muss dies numerisch geschehen Der Anstieg des Trums ist in Gleichung (24) definiert


GETRIEBESIMULATION

Abschlieszligend fehlt noch die Zwangsbedingung zwischen den Drehwinkeln der beiden Riemenscheiben Hier-fuumlr wurde je ein Hilfspunkt an den Riemenscheiben definiert An diesem Punkt muss zu jeder Zeit Kontakt zwischen Riemen und Riemenscheiben bestehen Der Punkt liegt zu Beginn der Simulation in der Mitte des Umschlingungsbogens der Riemenscheiben wie in Abb 9 dargestellt

Abb 9 Prinzipskizze Formschluss

Auf Grund des Formschlusses des Zahnriemens ist die ungedehnte Riemenlaumlnge zwischen den Punkten und immer konstant Wird die Riemenscheibe 1 um 1 gedreht bewegt sich der Riemen von Punkt auf und der Punkt auf Aus diesen Uumlberlegungen laumlsst sich die folgende Hauptgleichung 11 her-leiten

Der Parameter wird im Einbauzustand berechnet und ist waumlhrend der Simulation konstant Abschlieszligendmuss die Kraft im Umschlingungsbogen definiert werden Es wurde angenommen dass die Umfangskraft sich uumlber den Umschlingungsbogen gleichmaumlszligig abbaut Dies kann naumlherungsweise nach [Nag08] angenommenwerden Daraus folgen die Hauptgleichung 12 und 13 fuumlr die beiden Bogendehnungen

Nachdem das Gleichungssystem vollstaumlndig definiert ist wird der prinzipielle Ablauf der Simulation dargestellt Das vorgestellte Modell wurde in einem MATLABreg-Programm umgesetzt Der Ablauf des Programms ist in Abb 10 dargestellt

2

1

4

1K0P

1

1KP

2KP

2K0P


GETRIEBESIMULATION

Abb 10 Programmablauf

Zuerst werden die notwendigen Getriebeparameter sowie verschiedene Startwerte eingegeben Als zweiterSchritt werden die Startwerte der Variablen unter Vorgabe der Getriebeparameter und der zeitlichen Ableitung der Variablen berechnet In dieser Berechnung werden Symmetriebedingungen als zusaumltzliche Gleichungen mit beruumlcksichtigt Dadurch wird die Rechenzeit verkuumlrzt und die Rechnung konvergiert zuverlaumlssiger Der dritte Schritt ist die numerische dynamische Simulation des Getriebes Aufgrund des nichtlinearen Verhal-tens und der implizierten Darstellung des Gleichungssystems wurde der ode15i als Gleichungsloumlser gewaumlhlt Er arbeitet nach dem BDF-Verfahren (Backward Differentiation Formulas)

Im letzten Schritt werden die berechneten Ergebnisse aufgearbeitet und dargestellt Mit dem Programm koumlnnen folgende Groumlszligen berechnet werde

- Wellen-und Trumkraft Drehmoment - Verdrehwinkel der An- und Abtriebsscheibe - Drehschwingungen des Getriebes

4 Validierung des Simulationsmodells 41 Versuchsaufbau

Fuumlr die Validierung des Modells sind experimentelle Untersuchungen notwendig welche mithilfe des Verdreh-pruumlfstands der TU Chemnitz durchgefuumlhrt wurden Mit diesem Pruumlfstand koumlnnen statische Untersuchungen (nicht rotierend) durchgefuumlhrt werden wie z B statischer Uumlbersprung statisches Uumlbertragungsverhalten undWellenkraft-Achsabstand-Korrelation

Der Pruumlfstand besteht aus einer drehbar gelagerten Welle auf der eine Zahnscheibe montiert ist Die zweiteZahnscheibe ist fest mit einem Schlitten verbunden der uumlber eine Linearfuumlhrung verstellt werden kann Die Verstellung erfolgt mithilfe einer Stellmutter Zwischen Schlitten und Gewindestange ist ein Zugkraftsensor an-gebracht wodurch die Wellenkraft kontinuierlich gemessen werden kann An dem unteren Ende der Welle kannmittels Drehmomentschluumlssel ein definiertes Drehmoment aufgebracht und gleichzeitig gemessen und aufge-zeichnet werden Weiterhin befindet sich an der Welle ein Inkrementalgeber zur Messung des Verdrehwinkels

Eingabe der Parameterer

Berechnung der Startwerte Test auf Konsistenznz

Simulation des Modellslls

Ausgabe e


GETRIEBESIMULATION

Abb 11 Verdrehpruumlfstand

In den Versuchen kann die Wellenkraumlfte aufgrund des Setzverhaltens des Zahnriemengetriebes nicht exakt gehalten werden Um diesen Effekt zu vermindern wurde die Sollkraft zunaumlchst eingestellt und nach jeweils 10 s korrigiert Die Wellenkraumlfte zum Zeitpunkt Null der Simulationen wurden den dazugehoumlrigen Messungen entnommen d h die Wellenkraumlfte zu Beginn der Messung und der Simulation sind immer gleich Weiterhin wirdnur eine quasistatische Simulation durchgefuumlhrt d h es werden keine Daumlmpfungs- und Traumlgheitskraumlfte beruumlck-sichtigt Als Validierungsgroumlszligen wurden das Drehmoment (Umfangskraft) der Verdrehwinkel und die Wellenkraft festge-legt In den experimentellen Untersuchungen wurden je zwei Zahnriemen (Riemenlaumlnge 711 mm und 882 mm) miteinem HTD-3M-Profil und einen Omega-3M-Profil sowie variable Zahnscheiben entsprechend Tabelle 1 ver-wendet Die Trumvorspannkraft betrug jeweils und in Abhaumlngigkeit der zulaumls-sigen Umfangskraft des Zahnriemens Tabelle 1 Zahnscheibenpaarungen

Bezeichnung Zaumlhnezahl der Antriebsscheibe [-] Zaumlhnezahl der Abtriebsscheibe [-] ZP 1 60 60 ZP 2 60 80 ZP 3 60 100 ZP 4 80 80 ZP 5 80 100

42 Ergebnisse

Abb 12 zeigt den Wellenkraftverlauf in Abhaumlngigkeit des Antriebsdrehmoments fuumlr zwei ausgewaumlhlte Versuche an einem Zahnriemen HTD3M Im linken Diagramm ist die Abweichung zwischen Messung und Simulation sehrgering sie betraumlgt im Mittel 4 N Im rechten Diagramm ist die Abweichung zwischen Messung und Simulation etwas groumlszliger sie betraumlgt durchschnittlich etwa 21 N Es zeigt jedoch dass das Balkenmodell die Realitaumlt in allen untersuchten Faumlllen deutlich besser abbildet als das Federmodell Ursachen fuumlr die Abweichung sind vor allem die positionsabhaumlngigen Eigenschaften (Zug- und Biegesteifigkeit) des Zahnriemens Weiterhin ist im Simulationsmodell der Zahnkontakt nicht beruumlcksichtigt was ebenfalls zugeringen Abweichungen fuumlhrt


GETRIEBESIMULATION

Abb 12 Wellenkraft-Drehmoment

In Abb 13 sind die aus den Versuchen ermittelten Trumkraumlfte im Vergleich mit den Berechnungsergebnissen dargestellt Das Federmodell zeigt den bekannten Verlauf mit dem schon bei relativ geringem Drehmomentvollstaumlndig erschlaffenden Leertrum (vgl auch Abb 3) Dagegen koumlnnen die realen Verhaumlltnisse mit dem neuen Balkenmodell deutlich besser abgebildet werden

Abb 13 Trumkraft-Drehmoment

0 1 2 3 4 580

100

120

140

160

180

200

Drehmoment [Nm]

Wel

lenk

raft

[N]

MessungBalkenmodellFedermodell

0 1 2 3 480

100

120

140

160

180

200

Drehmoment [Nm]

Wel

lenk

raft

[N]


0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

Drehmoment [Nm]

Trum

kraf

t [N

]

Messung LasttrumMessung LeertrumBalkenmodell LasttrumBalkenmodell LeertrumFedermodell LasttrumFedermodell Leertrum

0 1 2 3 40

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Drehmoment [Nm]

Trum

kraf

t [N

]



GETRIEBESIMULATION

5 Danksagung Die Arbeiten wurden im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstuumltzen Projek-tes bdquoModellierung Berechnung und Analyse ringgespannter Zahnriemengetriebeldquo (NE 54414-1) durchgefuumlhrt

6 Literatur [Bor97] Born M Simulation von Synchronriemengetrieben - Modellbildung Kennwertermittlung

Anwendung Fortschrittberichte VDI Reihe 1 Band 278 VDI Verlag Duumlsseldorf 1997 [Dan11] Dankert J Dankert H Technische Mechanik Vieweg+Teubner Verlag Stuttgart Leipzig

6 Auflage 2011 ISBN 978-3834813756 [Dre11] Dresig H Holzweiszligig F Maschinendynamik Springer Verlag Berlin Heidelberg 10 Auflage

2011 ISBN 978-3642160097 [Goumlh99] Goumlhler W Formelsammlung Houmlhere Mathematik Verlag Harri Deutsch Frankfurt am Main

14 Auflage 1999 ISBN 3-8171-1592-X [Guumln08] Guumlnzel H Gewoumlhnliche Differentialgleichungen Oldenbourg Verlag Muumlnchen 2008

ISBN 978-3-486-58555-1 [Nag08] Nagel T Zahnriemengetriebe Eigenschaften Normung Berechnung Gestaltung Carl Hanser

Verlag Muumlnchen Wien 2008 [ZRG12] wwwzahnriemengetriebede Homepage Institut fuumlr Feinwerktechnik und Elektronik-Design

TU Dresden Stand 05112012


OPTIMIERUNG

Bewertung von Parameterstreuung beim Umformfuumlgen Markus Israel (Fraunhofer Institut fuumlr Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Abteilung Fuumlgetechnik)

Mechanische Fuumlgeverfahren gewinnen durch den Trend im Automobilbau zu Leicht- und Mischbauwei-sen eine zunehmende Bedeutung Die Bereitstellung robuster Verbindungstechniken ist dabei von be-sonderer Bedeutung da hierdurch Ausschussraten bei der Teileherstellung gesenkt und somit Kosten eingespart werden koumlnnen Der Beitrag beleuchtet am Beispiel des Clinchens die Einsatzpotentiale und Grenzen FE-basierter Sensitivitaumltsanalysen und Optimierungsaufgaben fuumlr die Kaltfuumlgetechnik Durch die Ermittlung der Sensitivitaumlten der Designparameter auf relevante Verbindungskenngroumlszligen koumlnnen die wichtigen Parameter fuumlr die Werkzeugoptimierung abgeleitet werden Auf dieser Basis wer-den sowohl geeignete Werkzeuge fuumlr eine bestimmte Fuumlgepaarung als auch Kompromisswerkzeuge fuumlr das Fuumlgen verschiedener Blechdicken und Blechwerkstoffe designet Sensitivitaumltsanalysen gegenuumlber Unsicherheiten gestatten es dagegen die Robustheit des Clinchprozesses in der Produktion zu bewer-ten Auf der Basis dieser Erkenntnisse koumlnnen Maszlignahmen zur Steigerung der Prozessrobustheit oder fuumlr eine Prozessuumlberwachung hinsichtlich der Qualitaumltssicherung abgeleitet werden

1 Einleitung Fertigungsprozesse unterliegen im Serieneinsatz Streuungen der Prozessparameter welche Schwankungender charakteristischen Ergebnisgroumlszligen bewirken koumlnnen Auch in der mechanischen Fuumlgetechnik existiert eineVielzahl von Aufgabenstellungen hinsichtlich Sensitivitaumlts- und Robustheitsbetrachtungen oder Optimierungs-aufgaben Vor allem in Hinblick auf Effektivitaumltssteigerung und Kostensenkung sind Vereinheitlichungen von Werkzeugsaumltzen fuumlr verschiedene Verbindungen ein groszliges Thema In Kuumlhne (2007) wird am Beispiel der Mer-cedes S-Klasse aufgezeigt welches Potential in einer derartigen bdquoVereinigungldquo von unterschiedlichen Clinch-aufgaben liegt Solch komplexe und umfangreiche Analysen sind experimentell jedoch sehr aufwaumlndig weshalb der Einsatz der FEM in der Prozessentwicklung und Prozessbewertung stark zunimmt Die stetig zunehmendeAnwendung von Simulationsprogrammen in allen Fertigungsstufen bei der Bauteilfertigung liegt nach Held(2009) in dem Interesse vor allem der Automobilhersteller begruumlndet das Prozessverstaumlndnis stetig auszubau-en um Kostenpotentiale zu nutzen Eine Sensitivitaumlts- und Robustheitsbewertung gestattet schon in einer fruumlhen Entwicklungsphase die Definition geeigneter Maszlignahmen zur Sicherung der Prozess- und damit der Produktqualitaumlt Will (2005) Der numeri-schen Robustheitsbewertung kommt deshalb im virtuellen Entwicklungsprozess im Hinblick auf Verbesserung von Eigenschaften und zur Reduzierung von Produktionskosten eine besondere Bedeutung zu Roos (2004)Wesentlich vor allem hinsichtlich der Auslegung und der Qualitaumltssicherung mechanischer Fuumlgeverbindungenist dabei die Kenntnis der Einflussgroumlszlige bzw der Einflussstaumlrke der einzelnen Parameterschwankungen und -toleranzen auf den Fuumlgeprozess Um dies beurteilen zu koumlnnen sind Sensitivitaumlts- und Robustheitsbewertun-gen noumltig Die Anwendung eines FE-basierten Ansatzes zur Sensitivitaumltsanalyse gekoppelt mit einer entspre-chenden statistischen Versuchsplanung (DOE) ist in der mechanischen Fuumlgetechnik bis jetzt noch nicht be-kannt Ein wichtiges mechanisches Fuumlgeverfahren ist das Clinchen welches nach DIN 8593 unter dem NamenbdquoDurchsetzfuumlgenldquo genormt ist Unter Clinchen versteht man ein mechanisches Fuumlgeverfahren das eine Verbin-dung zwischen zwei oder mehr Blechen ausschlieszliglich durch lokale Kaltumformung erzeugt Der Fuumlgeprozesskann in drei Teilprozesse gegliedert werden (s Abb 1) In der Durchsetzphase (B) verschiebt der herab fahren-de Stempel den Fuumlgebereich aus der Blechebene heraus Beim Einsenken wird nun der Blechwerkstoff bis auf den Matrizenboden gedruumlckt Das weitere Zustellen des Stempels fuumlhrt zum zunehmenden radialen Flieszligen derWerkstoffe zwischen Stempel und Matrize wodurch die Matrizenkontur gefuumlllt und der Hinterschnitt der Bleche realisiert wird (C)


OPTIMIERUNG

Abb 1 Rundpunktclinchen mit starrer Matrize links Prinzip rechts typische Schliffbilder Zur Beurteilung von Parametereinfluumlssen bedarf es definierter Ergebnisgroumlszligen Im Sinne der Beurteilung derTragfaumlhigkeit von Verbindungen sind dies meist festigkeitsrelevante Groumlszligen beim Clinchen also hauptsaumlchlich die Halsdicke tn und der Hinterschnitt f (s Abb 2) Die Bodendicke tb ist bei der allgemein uumlblichen Prozessge-staltung ein konstantes Maszlig welches vorab im Bemusterungsprozess eingestellt wird und zerstoumlrungsfrei mit-tels Dickenmessgeraumlt gepruumlft werden kann Steinhauer (2007)

Abb 2 Relevante geometrische Kenngroumlszligen einer Clinchverbindung nach DVS (2009) Die numerische Beschreibung des Clinchens ist Gegenstand zahlreicher FEM-basierter Studien und Projekte In Dietrich (2006) Paula (2007) Lee (2010) Mucha (2011) und weiteren Quellen wurden geeignete Werkzeug-geometrien zur Verbesserung der Punktausbildung oder der Verbindungsfestigkeit unter Kopfzuglast nume-risch aber iterativ ermittelt Erste Erkenntnisse zur FEM-basierten Optimierung von Clinchprozessen auf Basis der Taguchi-Methode und der Response Surface Methode wurden in Oudjene (2008) und Oudjene (2009) ge-wonnen Auf statistischer Versuchsplanung basierende numerische und Sensitivitaumlts- und Robustheitsanalysen mit mehr als zwei Parametern sind beim Clinchen dagegen nicht bekannt Die statistisch-numerischen Analysen beim Clinchen sind prinzipiell in zwei Kategorien zu unterteilen Ein we-sentlicher Aspekt ist die Bestimmung geeigneter Werkzeug- und Prozessparameter (Designparameter) fuumlr die Bereitstellung optimaler Verbindungen Hierfuumlr sind die Detektion relevanter Parameter mittels Sensitivitaumltsana-lyse und eine anschlieszligende Prozessoptimierung erforderlich Die zweite Analyseform beschaumlftigt sich mit der Ermittlung und Bewertung der Prozessrobustheit also den durch Prozessunsicherheiten (zB Reibung Festig-keitsschwankung) verursachten Ergebnisgroumlszligenvariationen Beide Analysen sollen im Folgenden betrachtet werden

2 Setup fuumlr stochastische Analysen beim Clinchen Fuumlr die numerische Beschreibung des Clinchprozesses wird das FEM-Tool Deform verwendet welches speziellfuumlr Massivumformvorgaumlnge entwickelt wurde Wichtig fuumlr die Berechnung von Umformprozessen wie dem Clin-chen ist das Vorhandensein einer Remeshing-Option Das bedeutet dass Bereiche starker Umformung und daraus resultierender lokaler Elementdurchdringung bzw extremer Elementverzerrung neu vernetzt werden und die Knoten- und Elementdaten vom alten auf das neue Netz uumlbertragen werden koumlnnen


OPTIMIERUNG

Unter der Annahme ideal rotationssymmetrischer Werkzeuge und unter Vernachlaumlssigung eventueller Werk-stoffanisotropie kann das Problem 2D rotationssymmetrisch beschrieben werden Die Kommunikation zwischenDeform und optiSLang erfolgt uumlber entsprechende input- und output-files Zusaumltzlich ist ein Skript erforderlich welches die Ergebnisgroumlszligen Halsdicke und Hinterschnitt auf Basis geometrischer Funktionen identifiziert und an das output-file uumlbergibt Vorab ist das FEM-Modell zu parametrisieren

Rote Line = Simulation

Reibpaarungen (Reibfaktormodell) 1 Stempel ndash oberes Blech

2 Niederhalter ndash oberes Blech 3 oberes Blech ndash unteres Blech

4 Matrize ndash unteres Blech

Abb 3 FEM-Modell (links) und Schliffbildvergleich Experiment und Simulation (oben rechts FEM-Ergebnis rote Linie)

Gegenstand der Analysen ist die Blechpaarung EN AW-6016 in der Dickenkombination 15mm in 10mm Abb3 zeigt das FEM-Modell im Ausgangszustand und den Schliffbildvergleich von Simulation und Experiment Eine wesentliche Grundlage zur numerischen Berechnung von Umformvorgaumlngen ist die Flieszligkurve der Werkstoffewelche die Flieszligspannung uumlber dem Umformgrad angibt Die Reibwerte basieren derzeit noch auf Erfahrungs-werten und werden iterativ hinsichtlich der Uumlbereinstimmung von Punktausbildung und Fuumlgekraft in Experimentund Simulation angepasst Hier koumlnnte perspektivisch auch eine Optimierung der Reibwerte mit dem Ziel erfol-gen in der experimentellen Verifikation der Simulation die bestmoumlgliche Uumlbereinstimmung zu realisieren

3 Sensitivitaumltsanalyse bezuumlglich der Designparameter 31 Designparameter und Ergebnisgroumlszligen

Die Ausbildung der Clinchverbindung ist im Wesentlichen von der geometrischen Form der Werkzeuge Stem-pel und Matrize abhaumlngig Eine weitere Einflussgroumlszlige ist der Niederhalter welcher die Funktion des Fixierensvor dem Clinchen und des Abstreifens nach Prozessende uumlbernimmt Aufgrund bekannter Niederhaltereinstel-lungen und wegen der nachgewiesenen geringen Auswirkung der Niederhalterform und -kraft in einem techno-logisch sinnvollem Variationsraum werden die Niederhalterparameter nicht in der Analyse betrachtet Folgend aufgelistete Parameter und ihre jeweiligen Variationsgrenzen sind Gegenstand der Analyse

Abb 4 Designparameter und Variationsgrenzen

Stempel

Matrize


OPTIMIERUNG

Die fuumlr die Festigkeit relevanten Ergebnisgroumlszligen Halsdicke und Hinterschnitt sind in der Einleitung bereits erlaumlutert worden Hinsichtlich der Dimensionierung des erforderlichen Antriebs und des C-Buumlgels ist die Fuumlge-kraft eine weitere wichtige Ergebnisgroumlszlige Fuumlr die Beurteilung der Umformung und eventueller Schaumldigung des Blechwerkstoffes infolge der starken Verformung koumlnnen sowohl der Umformgrad als auch Schaumldigungswerte an den kritischen Stellen am Clinchpunkt ausgelesen werden Die Untersuchungen fokussieren derzeit jedoch auf die geometrischen Kenngroumlszligen und die Fuumlgekraft

32 Auswertung der Sensitivitaumltsanalyse

Fuumlr die Erzeugung der zu berechnenden Parametersaumltze wird das Latin Hypercube Sampling verwendetDadurch koumlnnen bereits mit 100 Samplesets aussagekraumlftige Ergebnisse mit ausreichend hohen CoP-Werten(Coefficient of Prognosis) erzielt werden Dieser Indikationswert fuumlr die Prognosefaumlhigkeit der Analyse bzw des Metamodells betraumlgt fuumlr die Halsdicke 94 Die Matrizentiefe ist mit 64 Relevanz der bestimmende Parame-ter uumlber den Stempeldurchmesser koumlnnen 19 der Halsdickenvariationen erklaumlrt werden Die automatische Regressionsanalyse erkennt fuumlr die beiden wichtigsten Parameter einen funktional polynom-basierten Zusam-menhang zwischen den Parameterwerten und der Ergebnisgroumlszlige (s Abb 5 rechts oben) Der 2D-Plot vonMatrizentiefe vs Halsdicke laumlsst jedoch erkennen dass der Zusammenhang als annaumlhernd linear bezeichnetwerden kann Dabei sinkt die Halsdicke mit zunehmender Matrizentiefe signifikant ab

Abb 5 Relevante Einflussgroumlszligen auf die Halsdicke


OPTIMIERUNG

Abb 6 Relevante Einflussgroumlszligen auf den Hinterschnitt Eine aumlhnlich klare Abhaumlngigkeit von einem Parameter ist bei der Auswertung des Hinterschnitts feststellbar (sAbb 6) Der Stempeldurchmesser ist hier der Parameter mit dem groumlszligten Einfluss Matrizentiefe Alpha und Pin-Radius bilden mit je ca 10 Relevanz die 2 Liga der einflussreichen Parameter Aumlhnlich der Auswertungbei der Halsdicke kann auch fuumlr den Hinterschnitt ein annaumlhernd linearer Zusammenhang zwischen dem wich-tigsten Einflussparameter und der Zielgroumlszlige ermittelt werden Dabei liegt die kritische Ecke hinsichtlich einer ordnungsgemaumlszligen Hinterschnittauspraumlgung bei geringem Stempeldurchmesser und geringer Matrizentiefe Die dritte betrachtete Ergebnisgroumlszlige die Fuumlgekraft ist mit 71 Relevanz fast ausschlieszliglich von der Groumlszlige des Stempeldurchmessers abhaumlngig Erwartungsgemaumlszlig steigt die Fuumlgekraft mit wachsendem Stempeldurchmesseran

4 Optimierung des Clinchprozesses

41 Parameter und Zielgroumlszligen Die zu optimierende Zielgroumlszlige einer Clinchverbindung ist die Verbindungsfestigkeit welche jedoch allein aus dem Schliffbild der berechneten Verbindung nicht ableitbar ist Halsdicke und Hinterschnitt beeinflussen die Tragfaumlhigkeit einer Clinchverbindung maszliggeblich Beide Groumlszligen sollten hinsichtlich einer gesteigerten Verbin-dungsfestigkeit moumlglichst groszlig sein Allerdings kann keine pauschale Aussage getroffen werden wann ein Clinchpunkt die maximale Tragfaumlhigkeit erreicht Dies ist stark von der Belastungsrichtung aber auch von den Blechwerkstoffen und -dicken abhaumlngig


OPTIMIERUNG

Abb 7 Fehlermodi bei Clinchpunktbelastung nach DVS (2009) Abb 7 zeigt die moumlglichen Fehlermodi des Verbindungsversagens bei Punktbelastung Halsriss (links) Aus-knoumlpfen (rechts) und Mischversagen (mitte) Zur Vermeidung eines Halsrisses sollte die Halsdicke maximiertwerden Entsprechend muss zur Vermeidung des Ausknoumlpfens ein moumlglichst groszliger Hinterschnitt vorliegen Als wesentliche die Halsdicke und den Hinterschnitt beeinflussenden Parameter wurden in der Sensitivitaumltsana-lyse der Stempeldurchmesser und die Matrizentiefe ermittelt Wie Abb 5 und Abb 6 entnommen werden kann sind die Entwicklungstendenzen von Halsdicke und Hinterschnitt in Abhaumlngigkeit dieser beiden Designparame-ter genau entgegengesetzt Fuumlr die Optimierung wird zudem der Wert AD also der Matrizenbodendurchmesserberuumlcksichtigt Die Optimierung erfolgt mittels der Adaptive Response Surface Methode mit der Zielgroumlszlige dieHalsdicke zu maximieren Als Nebenbedingungen wird die Einhaltung eines Mindest-Hinterschnitts von05Halsdicke und eine maximale Fuumlgekraft von 30kN definiert

42 Ergebnisse der Parameteroptimierung Bereits nach 9 Iterationen wird das best design ermittelt und die variierten Parameter konvergieren (Abb 8) Vorallem fuumlr die Matrizentiefe wird sehr schnell ein Optimum (16mm) gefunden

Abb 8 Konvergenz von objective value (Halsdicke) und der Parameter Stempeldurchmesser (mitte) und Matrizentiefe (rechts) Wie bereits aufgezeigt ist die Festlegung eines optimalen Verhaumlltnisses von Halsdicke zu Hinterschnitt pau-schal nicht moumlglich In weiteren Optimierungslaumlufen wird deshalb die Randbedingung angepasst welche dasVerhaumlltnis von Halsdicke zu Hinterschnitt definiert Abb 9 zeigt auf der rechten Haumllfte die Unterschiede im Querschliffvergleich fuumlr ein Mindestverhaumlltnis HinterschnittHalsdicke von 025 und 05 Auf Basis dieser einzel-nen Optima kann nun auch eine Pareto-Optimierung erfolgen in deren Ergebnis dann ein Band optimaler Ver-bindungen fuumlr beliebige Halsdicken-Hinterschnitt-Verhaumlltnisse generiert wird


OPTIMIERUNG

Schliffbild der Optimierung mit Nebenbedinung Hinterschnitt ge 05Halsdicke incl Plot der wahren

Dehnung (Skala von 0 bis 2)

Vergleich optimierter Verbindungen mit verschiedenen Nebenbedingungen Links Hinterschnitt ge 025Halsdicke Rechts Hinterschnitt ge 05Halsdicke

Abb 9 Schliffbilder optimierter Verbindungen mit verschiedenen Nebenbedingungen Neben der Werkzeugoptimierung fuumlr einzelne Verbindungen werden in der Praxis zunehmend Kompromissaus-legungen fuumlr verschiedene Blechwerkstoff- und Blechdickenpaarungen gesucht Ziel ist es mit einem Werk-zeugsatz (Stempel und Matrize) ordnungsgemaumlszlige Clinchverbindungen zum Beispiel fuumlr drei oder mehr unter-schiedliche Paarungen zu realisieren Auch diese Problemstellung kann mittels ARSM geloumlst werden Es wird als Zielfunktion hier die Maximierung der Summe aller Einzel-Halsdicken definiert Als Nebenbedingung werden die Einhaltung eines Mindest-Hinterschnitts von 015mm sowie ein maximales Ausheben der Verbindung aus der Matrize von 02mm gewaumlhlt Die Schliffbilder der FEM an den drei Blechdickenpaarungen in Abb 10 zeigeneindrucksvoll das Potenzial dieser Vorgehensweise fuumlr die Werkzeugoptimierung

12mm in 10mm EN AW-6016



Abb 10 Schliffbilder optimierter Verbindungen verschiedene Blechdickenkombinationen einheitliche Werkstoffe und Werkzeuge

Als kritisch zu bemerken ist die Tatsache dass bei der Optimierung eine sehr genaue Uumlbereinstimmung vonExperiment und Simulation erforderlich ist Hierfuumlr ist eine entsprechend sorgfaumlltige Kennwertermittlung (Flieszlig-kurven) unabdingbar Zudem sind moumlglichst realitaumltsnahe Reibbeiwerte fuumlr die vier Reibpaarungen zu bestim-men Im Gegensatz zur Sensitivitaumltsanalyse fuumlhrt eine Abweichung der Vorhersagegenauigkeit der FEM immer auch zu Ungenauigkeiten im Optimierungsergebnis Des Weiteren besteht derzeit noch nicht die Moumlglichkeit die Werkstoffschaumldigung als Grenzwert oder Zielgroumlszlige zu implementieren Hierfuumlr fehlen bislang noch geeigne-te Damagekriterien fuumlr das Clinchen und entsprechende Grenzwerte fuumlr die jeweiligen Blechwerkstoffe

5 Sensitivitaumlt gegenuumlber Unsicherheiten im Prozess

51 Parameter und Ergebnisgroumlszligen Der Clinchprozess wird durch eine Vielzahl von Prozessunsicherheiten beeinflusst Typische toleranzbehafteteGroumlszligen sind zum Beispiel Materialkennwerte wie Streckgrenze Zugfestigkeit und Bruchdehnung oder dieBlechdicke der Halbzeuge Will (2006) Beim Clinchen kann waumlhrend der Lebenszeit eines Werkzeugsatzes (ca 200000 bis 400000 Punkte) auch die Reibung aufgrund von Oberflaumlchen- bzw Schmierzustandsaumlnderun-gen variieren Zudem kann es zu Verschleiszligeffekten kommen Quantitative Aussagen hinsichtlich realistischer Grenzwerte und Verteilungsfunktionen sind hierbei jedoch aumluszligerst schwer zu generieren Eine lokal verschie-den starke Vorverformung bzw damit einhergehende Vorverfestigung der Bleche durch vorgelagerte Umform-prozesse (zB Biegen Tiefziehen) ist ebenfalls moumlglich


OPTIMIERUNG

Abb 11 Auswahl relevanter toleranzbehaftete Prozessparameter beim mechanischen Fuumlgen

Abb 11 zeigt die Parameter fuumlr das Clinchen auf wobei die Werkzeug- und Maschinensteifigkeit in den jetzigen Betrachtungen unberuumlcksichtigt bleiben Betrachtet man diese bdquoParameterbloumlckeldquo genauer so wird ersichtlich dass daraus eine Vielzahl von einzelnen Parametern resultiert Zum Beispiel gibt es beim Clinchen vier Reib-paarungen Niederhalter gegen Blech Stempel gegen Blech Blech gegen Blech und Matrize gegen Blech Die in der folgend ausgewerteten Analyse verwendeten Parameter und deren angenommene Streubreiten zeigtAbb 12 Als Ergebnisgroumlszligen werden - wie bei der Sensitivitaumltsanalyse gegenuumlber den Designparametern - dieHalsdicke der Hinterschnitt und die Fuumlgekraft ausgewertet

Abb 12 Unsicherheiten und deren Variationsgrenzen links Grenzwerte rechts Prinzip der Flieszligkurvenverschiebung

52 Ergebnisse der Robustheitsanalyse Die Beeinflussung der Halsdicke durch die Parameterstreuungen kann als moderat bezeichnet werden Es sindWerte von 047mm bis 063mm zu erwarten (s Abb 13 rechts) Die Prognosefaumlhigkeit des Metamodells ist miteinem CoP-Wert von 97 sehr gut Die groumlszligte Beeinflussung der Zielgroumlszlige erfolgt durch die Variation der bei-den Blechdicken wobei die Variation der unteren Blechdicke (bottom) in der angenommenen Streubreite einestaumlrkere Veraumlnderung der Halsdicke bewirkt als die Variation der oberen Blechdicke (upper) Einen geringenEinfluss hat die Reibung zwischen den beiden Blechen Dagegen hat eine Schwankung der Festigkeit nahezukeine Auswirkung auf die Auspraumlgung dieser geometrischen Groumlszlige


OPTIMIERUNG

Skala Blechdicke 100 = 10mm

Abb 13 Relevante Einflussgroumlszligen auf die Halsdicke Die kritische Ecke hinsichtlich einer sehr kleinen Halsdicke (und damit verbunden einer geringen Punktfestigkeit bzw einer erhoumlhten Gefahr von Anrissen bereits waumlhrend des Fuumlgens) besteht beim Einsatz von stempelseitig minustoleriertem und matrizenseitig plustoleriertem Blech Entsprechende Strategien zur Vermeidung dieses Extrembereiches koumlnnten eingeschraumlnkte Toleranzbreiten der Bleche bzw zumindest eine Pruumlfung der Blechdi-cke sein Der CoP-Wert von 89 gestattet auch fuumlr die Bewertung der Parametereinfluumlsse hinsichtlich des Hinterschnittseine gute Aussagefaumlhigkeit Der Hinterschnitt ist ebenfalls am staumlrksten von der Blechdicke des matrizenseiti-gen Bleches beeinflusst Dagegen ist der Relevanz der Blechdickenvariation des unteren Bleches vernachlaumls-sigbar gering Auf die Ausbildung des Hinterschnitts wirken dagegen zwei Reibpaarungen stark ein die Reibung zwischen den Blechen und die Reibung zwischen dem unteren Blech und der Matrize Tendenziell steigt der Hinterschnitt mit zunehmender Blechdicke (unten) und zunehmender Reibung zwischen den Blechen sowie zwischen Blech und Matrize Im Vergleich mit der Halsdicke sind die prozentualen Veraumlnderungen des Hinterschnitts infolge der Parameter-streuungen groumlszliger Es sind Werte von 0131mm bis 0215mm zu erwarten (s Abb 13 rechts) Eine Beeinflus-sung des Prozesses hin zu einer geringeren Streuung des Hinterschnitts und somit zur Gewaumlhrleistung eines robusteren Prozesses ist zum Beispiel durch folgende Maszlignahmen moumlglich Vermeidung der Minustoleranz desunteren Bleches Vermeidung von Schmierung bzw Schmierstoffruumlckstaumlnden bei den Reibpaarungen Blech-Blech und Matrize-Blech


Abb 14 Relevante Einflussgroumlszligen auf den Hinterschnitt Wie bereits bei der Sensitivitaumltsanalyse der Designparameter ist festzustellen dass die beiden Zielgroumlszligen vonden relevanten Parametern gegensaumltzlich beeinflusst werden Das heiszligt dass zum Beispiel eine Vermeidungkritischer Hinterschnittwerte durch die Bestellung matrizenseitig ausschlieszliglich plustolerierter Bleche mit einer Zunahme von Verbindungen mit geringer Halsdicke einhergeht Ohnehin sind derartige Umstellungen im Pro-


OPTIMIERUNG

duktionsprozess kritisch zu bewerten da sie sehr kostenaufwaumlndig sind Die Analyse der Prozessrobustheit gestattet es jedoch zumindest die Kenntnis uumlber kritische Parameter und Parameterkonstellationen zu erlangen und auf dieser Basis zum Beispiel eine gezielte Kontrolle der relevanten Parameter als Qualitaumltssicherung in den Prozess zu integrieren

6 Zusammenfassung und Ausblick

Die zunehmende numerische Prozesskettenabbildung vor allem in der Automobilproduktion erfordert eineimmer tiefere Durchdringung der Fuumlgeprozesse zur Steigerung des Prozessverstaumlndnisses in Hinblick auf die Qualitaumltsgenerierung und -sicherung sowie die Erschlieszligung von Kosteneinsparungspotential Die umfassenden Moumlglichkeiten der FE-Simulation fuumlr Sensitivitaumlts- Robustheits- und Optimierungsbetrachtungen sind in der mechanischen Fuumlgetechnik bisher noch nicht hinreichend genutzt und bezuumlglich ihrer Einsetzbarkeit noch nicht bewertet worden Die hier fuumlr das Clinchen durchgefuumlhrten Sensitivitaumlts- bzw Robustheitsanalysen zeigen das Potential der nu-merisch basierten Eigenschaftsanalyse an Durchsetzfuumlgevorgaumlngen auf Aus einer Vielzahl von Parametern welche den Fuumlgeprozess beeinflussen koumlnnen in entsprechenden Studien die relevanten Einflussparameterdetektiert und so Grundlagen entweder fuumlr eine Prozessoptimierung oder eine Bewertung der Prozessrobustheit gewonnen werden Das hierbei gewonnene Prozesswissen reicht deutlich uumlber die bisher deterministisch und zumeist experimentell generierten Erkenntnisse und Wirkungszusammenhaumlnge hinaus Durch die Moumlglichkeit Parameter in einer Komplexitaumlt und Anzahl zu betrachten wie es experimentell nicht moumlglich ist koumlnnen zum einen neue Erkenntnisse aber auch globale und allgemeinguumlltige Zusammenhaumlnge gefunden werden Auf Basis dieser ersten Studien fuumlr das Clinchen sollen weitere Analysen an anderen haumlufig eingesetzten me-chanischen Fuumlgeverfahren durchgefuumlhrt werden Im Fokus der weiteren Forschung sind die in der Automobilin-dustrie vermehrt eingesetzten Stanznietverfahren Die Herausforderung liegt dabei vor allem in der numeri-schen Abbildung der Werkstofftrennung und der Steigerung der Rechenstabilitaumlt sowie der Abbildungsgenauig-keit Wie in den Sensitivitaumltsanalysen beim Clinchen bereits aufgezeigt stellen die Grunddaten der Simulation also die mechanisch-technologischen Kennwerte der Werkstoffe sowie die Reibbedingungen eine wesentliche Basis fuumlr die realitaumltsnahe numerische Abbildung dar Kann dies erreicht werden bildet die numerisch basierte Sensitivitaumlts- und Robustheitsanalyse an Fuumlgeverfahren perspektivisch eine wesentliche Informationsquelle fuumlr den Verfahrensvergleich und fuumlr die Auswahl geeigneter Verbindungstechnologien

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OPTIMIERUNG

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[11] Roos D Bucher C Methoden der stochastischen Optimierung Konferenz-Einzelbericht Weimarer Optimierungs- und Stochastiktage 10 Weimar 2004

[12] Steinhauer A In-Process Qualitaumltskontrolle fuumlrs Clinchen In Blech Rohre Profile 3-2007 S 33 [13] Will J ua Berechnung und Visualisierung statistischer Maszlige auf FE-Strukturen fuumlr Umformsimulatio-

nen Konferenz-Einzelbericht Weimarer Optimierungs- und Stochastiktage 20 Weimar 2005 [14] Will J Menke T Stuumlhmeyer A Rechnerische Robustheitsbewertungen von Umformprozessen Konfe-

renz-Einzelbericht Neuere Entwicklungen in der Blechumformung Stuttgart 2006 Foumlrderhinweis Die in diesem Beitrag dargelegten Erkenntnisse sind Teilergebnisse eines oumlffentlich gefoumlrderten Projektes(16502BR) Das IGF-Vorhaben 16502BR der Forschungsvereinigung EFB wird uumlber die AiF im Rahmen desProgramms zur Foumlrderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesminis-terium fuumlr Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefoumlrdert Fuumlr diese Unterstuumltzung sei herzlich gedankt


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Sehr geehrte Leserin sehr geehrter Leser

froh und dankbar aber auch ein wenig stolz nehme ich zur Kenntnis dass Sie wieder in das NAFEMS onlineMagazin hineinschauen ndash gibt es uns dem Redak-tionsteam doch eine gewisse Sicherheit dass wir mit unserer Konzeption auf dem richtigen Weg sind Auch in Zukunft werden wir einen bunten Strauszlig aus aktuellen Informationen einem interessanten Stellenmarkt und einem Kern aus wissenschaftlich fundierten Fachbeitraumlgen fuumlr Sie binden Ankuumlndigungen und Einladungen zu Seminaren Tagungen Kolloquien und Konferenzen mit Themen aus dem Bereich numerische Simulation fl attern uns fast taumlglich ins Haus Haumlufi g handelt es sich dabei um Veranstaltungen eines einzelnen Software-Anbieters oder um eine Eingrenzung auf einen bestimmten Themenkreis oder eine Region Der in zweijaumlhrigem Turnus stattfi ndende NAFEMS World Congress dagegen bietet eine neutrale weltoffene Plattform auf der die Teilnehmer aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen miteinander diskutieren und voneinander lernen koumlnnen In diesem Jahr wird er zudem ergaumlnzt durch SPDM eine parallel veranstaltete Konferenz zu Themen der Simulation im Da-ten- und Prozessmanagement Es lohnt sich also doppelt am NAFEMS World Congress in Salzburg teilzunehmen Das onlineMagazins kann und will die aktive Teilnahme an solchen Veranstaltun-gen nicht ersetzen es kann jedoch Hinweise geben auf deren Ausrichtung und Niveau Kennzeichnend sind dafuumlr besonders die Fachbeitraumlge Das vorliegen-de Heft enthaumllt drei solcher Beitraumlge Aus dem Seminar lsquoSchallentstehung und -ausbreitung in Festkoumlrpern und Fluidenlsquo das im November letzten Jahres in Wiesbaden stattfand stammt ein Beitrag in dem uumlber die Transient Ray Tracing Methode berichtet wird ein Verfahren das zum Beispiel fuumlr die Simulation eines Fahrzeugcrashs von Bedeutung ist Die beiden anderen Beitraumlge wurden direkt eingesandt Es handelt sich zum einen um ein verbessertes Modell fuumlr Zahnrie-mengetriebe das die Biegesteifi gkeit des Zahnriemens beruumlcksichtigt und damit besonders in der Naumlhe des Nennmoments das reale Verhalten besser simuliert Zum anderen werden am Beispiel des Clinch-Prozesses Einsatzpotentiale und Grenzen FE-basierter Sensitivitaumltsanalysen und Optimierungsaufgaben fuumlr die Kaltfuumlgetechnik erlaumlutert

Bereits aus dieser Zusammenstellung wird deutlich wie weit gefaumlchert das Anwen-dungsspektrum der numerischen Simulation sein kann Ich wuumlnsche mir dass bei der getroffenen Auswahl auch fuumlr Sie etwas Anregendes und Lehrreiches dabei ist

Mit freundlichen Gruumlszligen

Prof Dr-Ing Klaus RohwerEditor-in-Chief

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al o

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he p

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ctiv

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into

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arly

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ined

ste

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iew

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s in

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how

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sis

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FE

Anal

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Sunday 9th June 08

30

093

0 -

110

0

113

0 -

130

0

140

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30

160

0 -

173

0

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173

0

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190

0

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0

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an

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gre

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AKUSTIK









AKUSTIK




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AKUSTIK















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Antriebs-scheibe

Abtriebs-scheibe

Achsabstand


GETRIEBESIMULATION






GETRIEBESIMULATION









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GETRIEBESIMULATION











Ausgabe e


GETRIEBESIMULATION




42 Ergebnisse



GETRIEBESIMULATION




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GETRIEBESIMULATION











OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG











Stempel

Matrize


OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG





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OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG















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hods

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al o

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into

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arly

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ste

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iew

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naly

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Anal

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Sunday 9th June 08

30

093

0 -

110

0

113

0 -

130

0

140

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30

160

0 -

173

0

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173

0

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190

0

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0

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gre

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AKUSTIK









AKUSTIK




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AKUSTIK















GETRIEBESIMULATION







Antriebs-scheibe

Abtriebs-scheibe

Achsabstand


GETRIEBESIMULATION






GETRIEBESIMULATION









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GETRIEBESIMULATION











Ausgabe e


GETRIEBESIMULATION




42 Ergebnisse



GETRIEBESIMULATION




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GETRIEBESIMULATION











OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG











Stempel

Matrize


OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG













OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG






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0

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AKUSTIK









AKUSTIK




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AKUSTIK















GETRIEBESIMULATION







Antriebs-scheibe

Abtriebs-scheibe

Achsabstand


GETRIEBESIMULATION






GETRIEBESIMULATION









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GETRIEBESIMULATION







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GETRIEBESIMULATION








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GETRIEBESIMULATION











Ausgabe e


GETRIEBESIMULATION




42 Ergebnisse



GETRIEBESIMULATION




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GETRIEBESIMULATION











OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG











Stempel

Matrize


OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG





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OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG






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arly

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0

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AKUSTIK









AKUSTIK




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AKUSTIK















GETRIEBESIMULATION







Antriebs-scheibe

Abtriebs-scheibe

Achsabstand


GETRIEBESIMULATION






GETRIEBESIMULATION









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GETRIEBESIMULATION







GETRIEBESIMULATION






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GETRIEBESIMULATION






GETRIEBESIMULATION







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GETRIEBESIMULATION








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GETRIEBESIMULATION











Ausgabe e


GETRIEBESIMULATION




42 Ergebnisse



GETRIEBESIMULATION




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Drehmoment [Nm]

Wel

lenk

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Drehmoment [Nm]

Trum

kraf

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]



GETRIEBESIMULATION











OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG











Stempel

Matrize


OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG













OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG















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VERANSTALTUNGEN





















AKUSTIK









AKUSTIK




02

2

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2

3

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K (2)


22 Dispersion


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42

3

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23 Daumlmpfung


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AKUSTIK



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AKUSTIK






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Q

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AKUSTIK


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AKUSTIK

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AKUSTIK


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AKUSTIK




250

Q

Z

Q

Z




AKUSTIK

0 2 4 6 8 100

2

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Zeit [ms]

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MessungSimulation




Quelle (Q)





AKUSTIK



0 1 2 3 4 5-2

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1

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MessungSimulation

Zeit [ms]

Am

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0 5 10 15 200

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MessungSimulation

Zeit [ms]

Am

plitu

de E

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]



AKUSTIK















GETRIEBESIMULATION







Antriebs-scheibe

Abtriebs-scheibe

Achsabstand


GETRIEBESIMULATION






GETRIEBESIMULATION









P

NF

x

w

BM

NN dFF

QF

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dxq

dx


GETRIEBESIMULATION







GETRIEBESIMULATION






1TP

4TP

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1er

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2

1

2

1

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14T

23T

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34B

1LP 2LP


GETRIEBESIMULATION






GETRIEBESIMULATION







x

y

14TF

23TF

y1LFy2LF

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1SM 2SM

3SH2SH

4SH1SH

T

T2

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T2EA

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T3A

TF TF


GETRIEBESIMULATION








GETRIEBESIMULATION






2

1

4

1K0P

1

1KP

2KP

2K0P


GETRIEBESIMULATION











Ausgabe e


GETRIEBESIMULATION




42 Ergebnisse



GETRIEBESIMULATION




0 1 2 3 4 580

100

120

140

160

180

200

Drehmoment [Nm]

Wel

lenk

raft

[N]


0 1 2 3 480

100

120

140

160

180

200

Drehmoment [Nm]

Wel

lenk

raft

[N]


0 1 2 3 4 50

50

100

150

200

Drehmoment [Nm]

Trum

kraf

t [N

]


0 1 2 3 40

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Drehmoment [Nm]

Trum

kraf

t [N

]



GETRIEBESIMULATION











OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG











Stempel

Matrize


OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG





OPTIMIERUNG













OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG






OPTIMIERUNG















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