Volume 49, Issue 9

Kurzfassung Bereits in der Konzeptionsphase von System- und Bauteilprüfungen sind durch gezielte Simulationsunterstützung Aussagen zur Machbarkeit und Abbildungsgüte ableitbar. Die Erkenntnis, dass bei der Auslegung und Optimierung von Einzelkomponenten Rückkopplungen aus dem umgebenden System mitzuberücksichtigen sind, verstärkt hierbei die Notwendigkeit einer durchgängigen virtuellen Abbildung und Simulation kompletter Prüfumgebungen. In diesem Artikel werden Forschungsaktivitäten des Fraunhofer LBF im Bereich der virtuellen Prüfung vorgestellt. Schwerpunkte bilden die Identifikation des Verhaltens von Elastomerlagern, die Simulation einer Achsprüfung sowie Ansätze zur simulationsgestützten Ableitung vereinfachter Bauteilversuche.

Kurzfassung Aufgrund der vielfältigen Vorteile von Luftfedern und insbe- sondere Luftfederdämpfern gegenüber konventionellen Federn werden diese in zunehmendem Maße in Pkw der Ober- und Mittelklasse eingesetzt. Die Komplexität des Gesamtsystems sowie die eingesetzten Werkstoffe erfordern aufwendige Betriebsfestigkeitsanalysen. Die Notwendigkeit der Reduktion von Entwicklungszeiten und -kosten bei erhöhten Anforderungen an das System Luftfeder bedingt den Einsatz numerischer Verfahren. Im nachfolgenden Beitrag wird zunächst das Bauteil Luftfeder in seinen Kom- ponenten beschrieben und auf die, aus Sicht der Betriebsfestigkeit, relevanten Spezifika eingegangen. Begleitet von möglichen Schadensmechanismen/-bildern wird die historische Entwicklung der Luftfederberechnung dargestellt. Es wird gezeigt, wie Schadensmechanismen durch Simulation vorhergesagt werden können. Gleichzeitig werden die aktuellen Grenzen der Berechnung dargestellt.

Kurzfassung Die Simulation von Prüfständen und insbesondere von Baugruppen und Gesamtfahrzeugen auf Prüfständen durch Kopplung von Mehrkörpersimulation mit Modellen für Regelung und Aktuatorik leistet einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklungszeitverkürzung. In diesem Beitrag wird ein Kooperationsprojekt vorgestellt, in dem ein Co-Simulationsmodell für die beweglichen Massen sowie die Regelung und Hydraulik eines Gesamtfahrzeugprüfstands erstellt wurde. Es wird sowohl auf die Validierung des Fahrzeugmodells durch Straßenmessungen als auch auf die Identifikation und Validierung des Prüfstandsmodells einschließlich Servohydraulik und Regelung eingegangen.

Kurzfassung Optimierung ist eine wesentliche Aufgabe im gesamten Ablauf der Fahrzeugentwicklung, um die Erfüllung aller Anforderungen an die Struktur zu ermöglichen. Aufbauend auf die FE-Berechnung kann bereits in den frühen Projektphasen auf Basis der Verformung die Beanspruchungsart einer punktförmigen Verbindung ermittelt werden. Damit ist es möglich, ungünstig belastete Fügestellen bereits früh zu identifizieren und die meist notwendige Änderung der Geometrie umzusetzen. Durch den Einsatz geeigneter Strategien in der Optimierung kann in weiterer Folge die Lage der Fügestellen optimiert und deren Anzahl reduziert werden bei gleichzeitiger Verbesserung der lokalen Eigenschaften.

Kurzfassung Zur gezielten Analyse von Bauteilbelastungen und zum Auffinden von Leichtbaupotenzialen wurde eine Methodik entwickelt, die es ermöglicht, repräsentative Lastkollektive für Fahrzeugkomponenten zu ermitteln. In einer Simulationsumgebung werden verschiedene Einsatztypen definiert, die eine statistische Streuung des Fahrerverhaltens, der gewählten Fahrstrecke und der Fahrzeugbeladung während der Fahrzeugnutzung beim Kunden berücksichtigen. Um die Kundenverhaltensweise mit der größten Bauteilbelastung ermitteln zu können, wird für jedes Bauteil, unter Berücksichtigung seiner spezifischen Eigenschaften, die Belastung analysiert. Die hierdurch identifizierten repräsentativen Lastkollektive können auf verschiedene Weise zur virtuellen und realen Prüfung von Bauteilen genutzt werden.

Kurzfassung Ausgehend von Zugversuchen an Proben aus Aluminium-Zylinderköpfen wird das plastische Verhalten des Werkstoffes in Abhängigkeit vom Alterungszustand ermittelt. Nach einer Kalibrierung des Alterungsmodelles von Shercliff und Ashby für die Streckgrenze wird eine User Subroutine im FE-Solver Abaqus verwendet, um eine alterungsabhängige kinematische Verfestigung zu beschreiben. Diese wird für die Simulation von alterungsabhängigen thermomechanischen Zyklen eines Vierzylindermotors verwendet. Es werden das Stabilisierungsverhalten der Hysteresen, der Einfluss von Kriechen sowie der Grad der Dehnungsbehinderung untersucht. Schließlich erfolgt eine Lebensdauerabschätzung auf Basis von entsprechend motornah geführten TMF-Versuchen.

Kurzfassung Bei direkt an der Karosserie verschraubten Hilfsrahmen (Achs- trägern) ergibt sich eine unmittelbare Beeinflussung der Beanspruchungen des Hilfsrahmens durch die Nachgiebigkeit der Karosseriestruktur. Für eine fahrzeuggerechte Erprobung des Hilfsrahmens auf dem Prüfstand muss dieser Einfluss berücksichtigt werden. Der Beitrag gliedert sich in folgende Abschnitte: mathematische Methode zur rechnerischen Dimensionierung von Bauelementen zur Aufnahme des Hilfsrahmens (Achsträgers) im Prüfstand, Betriebsfestigkeitsrechnung mit simulierten Lastkollektiven für Prüfstrecke und Vergleich der Schädigungen in Fahrzeug und Prüfstand, Einsatz der rechnerisch ermittelten Bauelemente im Prüfstand (Vergleich der ermittelten Dehnungen im Prüfstand mit Fahrzeugmessung).

Kurzfassung Mit der Prüfstandsentwicklung des Fahrdynamischen Fahrwerksprüfstands (FDFP) wurde bei der BMW Group erstmalig in der Betriebsfestigkeit parallel zum realen Prüfstand ein virtueller Prüfstand inklusive Hydraulik- und Reglermodellierung erfolgreich aufgebaut. Die Aufgabe für den Prüfstand entstand aus der Anforderung, eine laborgestützte Untersuchung von Fahrwerkskonzepten in der frühen Entwicklungsphase hinsichtlich betriebsfestigkeitsrelevanter Schwingungen durchführen zu können.