Betriebsfeste Auslegung mit LMS-Lösungen - Vom Versuch bis zur Simulation Siemens PLM Software
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Siemens PLM Software
Betriebsfeste Auslegung mit
LMS-Lösungen
Vom Versuch bis zur Simulation
siemens.com/plm/lms
Herausforderungen bei der
betriebsfesten Auslegung
von Fahrzeugen
Ein widerstandsfähiges Design ist mehr als nur ein
Modebegriff
Die Lebensdauer steht in engem Komponenten für mehr Belastungsfälle
Zusammenhang mit dem Markenimage entwickeln und validieren, ohne dabei
und ist daher ein entscheidendes die Genauigkeit zu beeinträchtigen.
Verkaufsargument. Kunden gehen
einfach davon aus, dass sie ihre Pkws Beim Design zielt die Automobilbranche
mindestens 300.000 Kilometer weit darauf ab, das Gewicht der Fahrzeuge zu
fahren können. Aber Kunden haben minimieren. Fahrzeuge mit geringerem
heutzutage noch viel mehr auf ihrer Gewicht erfüllen die Erwartungen
Wunschliste als nur ein langlebiges bezüglich Kraftstoffeinsparung und
Fahrzeug. Sie erwarten ein breites erzielen im Allgemeinen bessere
Angebot an Fahrzeugtypen und höhere Leistungen und mehr Effizienz.
Qualität. Neue Werkstoffe, Hybrid-Motoren
und fortschrittliche Elektrifizierung
Zudem sorgt der ökologische Trend der Fahrzeuge sorgen für eigene
für weitere Herausforderungen. Herausforderungen, da sie Ermüdung,
Gegensätzliche Ziele in der Entwicklung Schwingungen sowie thermische und
müssen abgestimmt werden, um akustische Aspekte der Fahrzeuge
Fahrzeuge zu produzieren, die die beeinflussen. Diese Herausforderungen
weltweite Mobilität in Zukunft erscheinen schwierig, aber die
bestimmen. Automobilbranche kann diese
Anforderungen der Kunden erfüllen,
Die Erschließung neuer Zielmärkte wenn sie Betriebsfestigkeitsanalysen in
verstärkt die Nachfrage nach einer einen effizienten Entwicklungsprozess
breiten Auswahl an Fahrzeugtypen, integriert.
einschließlich neuer Fahrzeugkonzepte
wie Hybrid- oder Elektrofahrzeuge.
Mehr Fahrzeugtypen erhöhen
den Druck auf Abteilungen für
Betriebsfestigkeitsanalysen. Diese
müssen in kürzerer Zeit mehr
2
Heutige Erwartungen der Kunden Abteilungen für die
• Laufleistung von 300.000 km Betriebsfestigkeitsanalyse
• Keine Kompromisse bei Lebensdauer • garantieren langlebige und
und Sicherheit sichere Designs und verhindern
• Breite Auswahl an Fahrzeugtypen Rückrufaktionen
• Attraktive Preise • bewältigen mehr und mehr
• Verbesserte Kraftstoffeinsparung Fahrzeugtypen auf einer einzigen
Plattform
• verkürzen Entwicklungszyklen
• verstehen aufstrebende Märkte mit
unterschiedlichen Straßennetzen,
Umgebungsbedingungen und
Fahrstilen
• reduzieren das Gewicht, verhindern
überladene Designs und führen neue
Werkstoffe ein
• sorgen für Gleichgewicht zwischen
Lebensdauer und anderen
Eigenschaften
• bewältigen die gestiegene Komplexität
von Testszenarios
3
Gründe für LMS-Lösungen
Das richtige Fahrzeug und die richtige
Lebensdauererfüllung zum richtigen Zeitpunkt
LMS-Lösungen unterstützen die Konzept-, Design- und Validierungsschritte
des Fahrzeugentwicklungsprozesses und bieten einen effizienteren Prozess
für die Betriebsfestigkeitsanalyse. Dadurch werden Kunden beim Setzen
ihrer Ziellebensdauer und der Integration von Betriebsfestigkeitsanalysen
in den Simulationsprozess von Fahrzeugsystemen unterstützt. Viele unserer
Kunden konnten ihre Markteinführungszyklen verkürzen und gleichzeitig ihren
technischen Markenwert steigern.
Einzigartiges Portfolio für die Methodenentwicklung bis hin zu
betriebsfeste Auslegung schneller Fehlerbehebung und Fragen bei
Wir verfügen über die richtigen der Detailbearbeitung.
Produkte zur Unterstützung des
kompletten Betriebsfestigkeitsprozesses: Skalierbares Partnermodell
ausgehend von Lasten, die mit der Wir bieten ein maßgeschneidertes,
LMS SCADAS™ Durability Recorder skalierbares Partnermodell für jeden
Hardware aufgezeichnet werden, über Hersteller und Zulieferer weltweit –
eine Zielermittlung und Definition einer vom Anbieter der Testsysteme und
Testvorschrift mit der LMS™ Tecware Simulationssoftware über Partner
Software hin zu Simulationstechniken im Lebensdauerattribut-Bereich hin
mit LMS Virtual.Lab™-Software zur zu strategischen Partnern bei der
Beurteilung der Lebensdauererfüllung Entwicklung von Produkten und
in den frühen Schritten des Prozesstransformationsprogrammen.
Entwicklungszyklus.
Kompetenz, Erfahrung und Fachwissen
Wir verfügen über solide Erfahrung bei
der aktiven Entwicklungszusammenarbeit
und das beste Prozessfachwissen
der Branche. Dienstleistungen von
LMS™ Engineering unterstützen
Kunden dabei, schnell und einfach
Lösungen im Entwicklungsprozess
zu finden. Angefangen bei der
Entwicklungszusammenarbeit von
Fahrzeugen und Subsystemen,
über Technologietransfer und
4
Lösungen für Fahrwerk, Antriebsstrang und Karosserie
Fahrwerk Antriebsstrang Karosserie
• Federung • Motor • Karosserie
• Lenksystem • Motorausrüstung • Tür
• Hilfsrahmen • Getriebe, Antriebswelle • Sitz
• Rad • Differenzial
• Abgasanlage
„Die Verwendung von LMS Virtual.Lab Durability in „Simulationen auf Systemebene in LMS Virtual.Lab
Piaggio halbiert die Anzahl benötigter Prototypen Motion sind wichtig für die Simulation der
und verkürzt den Entwicklungszyklus.“ Auswirkung von grundlegenden
Riccardo Testi Konstruktionsänderungen auf die Lebensdauer. Mit
Development and Strategies 2 Wheeler Engines dem Simulationsansatz können wir den Einfluss von
Technical Centre veränderten Lagerkennwerten oder angepassten
Piaggio Befestigungspunkten einer Traktorkabine oder
anderer Komponenten zuverlässig vorhersagen. Im
Gegensatz zu anderen Softwarelösungen bietet LMS
Virtual.Lab Motion generische
Modellierungsfunktionen, die es uns ermöglichen,
komplette Traktor-Designs flexibel und realistisch zu
modellieren.“
Dr. Christian von Holst
Global Systems Engineer Suspension Systems
John Deere
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Betriebsfestigkeitsanalyse in
der Praxis
Die LMS Lösungen kombinieren leistungsstarke Simulations- und Testverfahren
zur betriebsfesten Auslegung. Dieser hybride Entwicklungsansatz ist ein
wichtiger Erfolgsfaktor für die Verkürzung der Fahrzeugentwicklungszeiten. Die
Nutzung existierender Messungen schon am Anfang des Entwicklungszyklus
ermöglicht den frühen Einsatz von Simulationstechniken. Dadurch können
einerseits Fehler frühzeitig und kostengünstig im Entwicklungsprozess gefunden
und behoben, aber auch die Lebensdauer in frühen Designptimierungszyklen
berücksichtigt werden.
Ermittlung von Fahrbetriebslasten
Ein Erfolgsfaktor für gute Betriebsfestigkeitsanalysen ist das genaue Verständnis
der Lasten, denen die Produkte während ihrer erwarteten Lebensdauer ausgesetzt
sind. Für gewöhnlich erstellt die Automobilbranche Fahrbetriebsbelastungen auf
öffentlichen Straßen und Versuchsgeländen. Die Verfügbarkeit von realistischen
Lastdaten ist von grundlegender Bedeutung für die virtuelle und physische
Produktvalidierung und -optimierung.
Zielsetzung und Testverfahren
Sobald die realistischen Lastdaten von den öffentlichen Straßen gesammelt und
konsolidiert wurden, werden lebensdauerspezifische Merkmale analysiert und es
wird eine zum Zielkundenprofil passende Ziellebensdauer abgeleitet. Verkürzte
Belastungskollektive werden ermittelt, die dann typischerweise auch als Grundlage
für die virtuelle und physikalische Produktauslegung und Optimierung dienen.
Virtuelle Produktvalidierung und Konstruktionsoptimierung
Da Hersteller immer komplexere Produkte mit verbesserter Qualität in kürzeren
Entwicklungszyklen liefern, ist ein herkömmlicher, testbasierter Test-Break-Fix-
Entwicklungsprozess keine Option mehr. Die Erstellung virtueller Prototypen
liefert rechtzeitig richtige Antworten und mit der benötigten Genauigkeit, um
den Entwicklungsprozess positiv zu beeinflussen. Dank der Nutzung der virtuellen
Produktvalidierung können verschiedene Entwicklungsalternativen einfach
miteinander verglichen werden, was zu einem besseren physikalischen Prototyp führt.
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Das Beste aus beiden Welten - Test und Simulation
• Realitätsnahe kundenspezifische Lastkollektive für den Prfüstandsversuch von
Fahrzeugsystemen und Komponenten
• Vorziehen der Lebensdauersimulation und -optimierung in eine frühe
Entwicklungsphase
• Effizienz im Entwicklungsprozess durch Unterstützung der Ursachenanalyse schon
in der Simulationsphase
• Weg von der Fehlersuche im laufenden Betrieb, hin zur betriebsfesten
Prototypenentwicklung
• Balance zwischen Lasten, Strukturen und Materialien
• Betriebsfeste Auslegung einer steigenden Anzahl von Fahrzeugtypen und neuen
Antriebsstrangkonfigurationen
• Schnellere Markteinführung
Virtuelle Produktvalidierung und Konstruktionsoptimierung
Mehrkörpertechnologie wird verwendet, um Fahrzeuglasten auf Subsysteme zu
übertragen und Bauteilbelastungen zu berechnen, lange bevor der tatsächliche
Prototyp des Fahrzeugs erstellt wird. Mithilfe simulierter Lasten (virtuelle Straße)
oder an Vorgängerfahrzeugen gemessenen Lasten können die Belastungen
von Subsystemen und Komponenten ermittelt werden. Durch die Kombination
aus Lasten, Finite-Elemente-basierten Belastungsergebnissen und zyklischen
Materialermüdungsparametern können nicht nur kritische Ermüdungsbereiche und
entsprechende Ermüdungsbeständigkeit vorhergesagt werden. Die Bauteilkonstruktion
wird basierend auf den gewonnenen Einblicken in die Ermüdungsbeanspruchung
optimiert. Die kritischen Lasten und Vorgänge werden weiter analysiert, um
intelligentere und effizientere physikalische Tests zu ermöglichen.
Physikalische Produktvalidierung und Konstruktionsoptimierung
Umfangreiche Lebensdauerversuche an Komponenten und Subsystemen validieren
die Lebensdauererfüllung und bestätigen die Ergebnisse der virtuellen Prototypen. Für
Prüfstandsversuche werden verkürzte, aber schädigungsäquivalente Belastungskollektive
angewandt, um Ressourcen wie Testanlagen und Testingenieure besser zu nutzen.
Abschließende Produktprüfung
Der letzte Schritt des Lebensdauer-Entwicklungsprozesses umfasst die abschließende
Fahrzeugprüfung auf der Straße. Die Lebensdauererfüllung auf Gesamtfahrzeugebene
wird vor der endgültigen Abnahme des Fahrzeugs validiert. Bei Problemen, die erst
in der letzten Entwicklungsphase auftreten, helfen integrierte Messungen bei einer
Fehlerdiagnose und ermöglichen damit die schnelle Umsetzung von Gegenmaßnahmen.
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Kombinieren Sie Versuch
und Simulation für bessere
Betriebsfestigkeitsanalysen
Mit dem einzigartigen LMS-Portfolio an Produkten und Dienstleistungen lassen
sich die konstruktiven Eigenschaften in Hinblick auf die Betriebsfestigkeit
verbessern: angefangen bei realistischer Entwicklung und Validierung
mit genauen Lasten über beschleunigte Lebensdauerversuche bis hin zu
Simulationstechniken zur Beurteilung der Lebensdauererfüllung.
Testbasierte Betriebsfestigkeitsanalyse Beschleunigte Lebensdauerversuche
Trotz der verstärkten Verwendung • LMS Tecware – verkürzte
von Simulationen sehen sich Labortestzeiten
Versuchsabteilungen einer Entfernen von nicht schädigenden
erhöhten Anzahl an Testaufgaben Ereignissen bei Langzeitmessungen
gegenüber, die es zu bewältigen zur Beschleunigung der Testverfahren
gilt. Obwohl viele Routinetests für die Betriebsfestigkeit
durch Simulationen ersetzt werden • LMS Test.Lab™ Vibration Control
können, lastet der explosionsartige Software – Komplettlösung für Stoß-
Anstieg von Produkttypen und und Vibrationstests
die erhöhte Komplexität der Zertifizierung und Freigabe
Testszenarien die Versuchskapazitäten von Komponenten. Genaue
weiterhin aus. Zusätzlich kürzen Regelkreis-Rüttlerkontrolle und
Automobilunternehmen weiter ihre maximale Anzahl an eingebauten
Produktentwicklungszeiten, was zu einer Sicherheitsmechanismen minimieren
geringeren Anzahl an Prototypen und das Beschädigungsrisiko von teuren
weniger Zeit für Tests führt. Prüfgegenständen
• Die Allianz für Betriebsfestigkeit
Realistische Designs und Validierungen Eine enge Partnerschaft mit Instron
mit genauen Lasten Structural Testing Systems und Kistler
• LMS SCADAS Durability Recorder – sichert die Integration von Software
Erfassung mobiler Daten für raue für die Lebensdauerberechnung
Bedingungen und Simulation bei gemeinsamen
Entwickelt für robuste Datenerfassung Entwicklungen
unter extremen Bedingungen wie
Wasser, Staub, Schmutz, Stöße und Simulationsbasierte
Vibrationen Betriebsfestigkeitsanalyse
• LMS Tecware – effiziente Kürzere Entwicklungszeiten und
Betriebslastdatenbearbeitung erhöhte Qualitätsanforderungen
Optimierter Prozess zur haben herkömmliche testbasierte
Konsolidierung von Lastdaten, Lebensdaueranalysen an ihre Grenzen
Analyse von lebensdauerspezifischen gebracht. Die Evaluierung und
Merkmalen und Entwicklung von Optimierung der Lebensdauererfüllung
kundenbezogenen Testverfahren eines virtuellen Prototyps vor den
• LMS™ Tec.Manager Software – physikalischen Tests ist eine echte
skalierbare Testdatenverwaltung Alternative.
Organisieren, Suchen und Teilen
von Testdaten zur Unterstützung
der virtuellen und physischen
Designvalidierung
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Beurteilung der Lebensdauererfüllung LMS Engineering Services bietet eine
in der frühesten Phase des Vielzahl an Dienstleistungen und kann
Entwicklungszyklus vom Konzept bis zur endgültigen
LMS Virtual.Lab ist eine integrierte Validierung die volle Verantwortung für
Software Plattform zur virtuellen alle Phasen übernehmen. Die Lösungen
Auslegung. Dies umfasst Aspekte wie sind vollständig skalierbar – von der
Finite-Elemente (FE), Modalanalyse, Verantwortlichkeit der gemeinsamen
Mehrkörperanalyse (MKS) und Fahrzeugentwicklung über die
Lebensdauervorhersage. Unterstützung der Entwicklung von
wichtigen Subsystemen, wie z. B. der
• LMS Virtual.Lab Motion Software vorderen und hinteren Federung oder
– Realistische Vorhersage von Karosserieteilen, hin zur Fehlersuche
Betriebslasten und Detailbearbeitung der einzelnen
Simulation realistischer Bewegungen Komponenten.
und Belastungen mechanischer • Erfassung von
Systeme, schnelles Erstellen und Fahrbetriebsbelastungen – Messung
Verwenden von Mehrkörpermodellen, von Nutzungsbelastungen
effiziente Wiederverwendung von • Lastdatenanalyse und
CAD- und FE-Modellen und schnelle, Testplanentwicklung
effiziente Variantenrechnung. • Detaillierte Fahrzeugentwicklung –
• LMS Virtual.Lab Durability Software Mehrkörpersimulation und Vorhersage
– genaue Lebensdauervorhersage der Ermüdungsbeständigkeit
Analyse der statischen Festigkeit • Optimierung von Prototypen
und Betriebsfestigkeit. • Technologietransfer,
Anwendungsspezifisches Methodenentwicklung und
Postprocessing ermöglicht neben Fehlersuche
dem Finden kritischer Stellen
eine gründliche Analyse der Kundenservice
Versagensursachen. Unsere Ingenieure unterstützen
die Kunden, da sie nicht nur die
LMS Engineering Services Hardware und Software verstehen,
Neben Hardware und Software ist sondern auch mit den entsprechenden
umfangreiche Erfahrung notwendig, Anwendungen vertraut sind. Mit
um den richtigen Kompromiss ausführlichen Schulungen, Seminaren
zwischen verschiedenen funktionalen und Dienstleistungen vor Ort bauen
Eigenschaften und wirtschaftlichen die technischen Mitarbeiter unserer
Randbedingungen wie z.B. Kunden ihr Fachwissen zu Software und
Kraftstoffeinsparung, Projektkosten und Systemen auf.
Gewicht zu finden. Unsere Ingenieure
haben Erfahrung in der Unterstützung
der Automobilbranche, wenn es um die
Entwicklung von Komponenten und
Fahrzeugen mit optimalen Ermüdungs-
und Festigkeitseigenschaften geht,
die sicherstellen, dass die Teile nicht
zu schwer oder teuer werden, um sie
profitabel zu produzieren.
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Erfassung von Fahrbetriebsbelastungen
Der LMS SCADAS Durability Recorder ist zur Erfassung von
Fahrbetriebsbelastungen für die Lebensdauer bestimmt und bietet maximale
Messleistung in einem Gerät. Bei langen und sich wiederholenden Messungen
mit vielen Kanälen und großen Datenmengen erkennt man die Notwendigkeit
einer zuverlässigen Lösung, die der LMS SCADAS Durability Recorder bietet.
• Spitzenleistung unter rauen Bedingungen: wasser- und staubgeschützt –
Eindringschutz-Codes IP54 und MIL-STD 810F qualifiziert für Stöße und
Vibrationen
• Vibrationsresistente Kabelverbindungen
• Hohe Kanaldichte (von 8 bis 72 Kanäle, erweiterbar auf Hunderte
Bei hoher Kanalanzahl, wobei
die Kanäle auf mehrere separate
Eingangskanäle), ohne Beeinträchtigung von Geschwindigkeit oder Qualität
Testgeräte aufgeteilt sind, werden • Integrierte Signalkonditionierung für Radkraftaufnehmer, Spannungsprüfer,
die Daten vollständig synchronisiert Weg-Sensoren (LVDTs, Seilzuglängengeber), Thermoelemente, Gleichstrom-
und automatisch in einer Messdatei Beschleunigungsmesser, GPS, CAN-Bus
gesammelt. • Vor-Ort-Datenvalidierung verhindert Fehler und vermeidet aufwendige
Wiederholungen
Konsolidierung großer Lastdatensätze
LMS Tecware unterstützt Ingenieure bei der effizienten Auswertung von
Rohdaten aus Messkampagnen (die oft im Gigabyte-Bereich liegen). Eine
Vielzahl von Messungen wie z.B. Kraft, Dehnung, Moment, Verformung,
Beschleunigung, Tacho, Druck, Temperatur, CAN und GPS kann entweder
interaktiv oder vollautomatisch mit standardisierten Prozessen konsolidiert
werden. Während der Datenkonsolidierung werden Signale auf Anomalien
geprüft (z.B. Spikes und Driften), Kanäle umbenannt, statistische Werte
ermittelt, neue Kanäle mittels mathematischer Operationen abgeleitet, Daten
gefiltert, bestimmte Bereiche extrahiert und konsolidierte Daten für die
weitere Verwendung durch Simulations- oder Testteams gespeichert.
LMS Tecware ProcessBuilder optimiert
die Konsolidierung von Rohdaten aus • Schnelle, einfache und intuitive Zeitdatenvalidierung
Fahrbetriebsmessungen. • Automatische Erkennung und Korrektur von Anomalien
• Optimierte Lastdatenanalysen zur Verbesserung der Produktivität
• Leistungsstarke Berichterstellung
Genaues Verständnis von Lasten
LMS Tecware konzentriert sich auf die Kontrolle und den Vergleich
wesentlicher Aspekte im Umfeld der Betriebsfestigkeit, um repräsentative
Lastszenarios zu erstellen. Zu den Kernfunktionen von LMS Tecware zählen
umfangreiche lebensdauerspezifische Datenauswertungsmethoden, die
zusammen mit führenden Automobilherstellern entwickelt und validiert
wurden. Sie unterstützen Ingenieure bei der effizienten Qualifizierung
von Lastdaten. Zahlreiche Darstellungsmöglichkeiten unterstützten die
Benutzer bei einer schnellen Beurteilung von Einflüssen verschiedener
Straßenbeläge auf die Lebensdauer, beim Vergleich von Lasten von
verschiedenen Messstellen oder bei der Korrelation von Versuchs- und
Schnelle Beurteilung von Einflüssen
auf die Lebensdauer z.B mit Hilfe der
Simulationsergebnissen.
mehraxialen Rainflow-Zählung von LMS • Umfangreiche Funktionalität: Statistiken, Rainflow, Spannenpaar,
Tecware. Klassendurchgang, Verweildauer, spektrale Leistungsdichte, Schädigung
• Erfüllen SAE-, AFNOR- und DIN-Normen
• Innovative Technologie - mit führenden Automobilherstellern entwickelt
und validiert
10Experimentelle Lebensdaueranalyse
Anhand gemessener Dehnungen und unter Berücksichtung der
Materialeigenschaften bewertet LMS Tecware die Lebensdauer
einer Komponente. Die Benutzer werden bei der Durchführung von
Sensitivitätsanalysen unterstützt. So können sie die Betriebsfestigkeit
von Komponenten optimieren, indem Sie z. B. die Variabilität von
Lasten, Materialien, Oberflächenbeschaffenheit und lokaler Geometrie
berücksichtigen.
• Bewertung der Lebensdauer einer Komponente
• Methoden basieren auf Dehnungsmessungen oder Tensoren und zyklischen
Materialeigenschaften
Anhand von Daten aus
Dehnungsmessungen bewertet
• Auf Spannungen oder Dehnungen basierte Lebensdaueranalyse bei
LMS Tecware die Lebensdauer einer niedrigen und hohen Schwingspielzahlen
Komponente. • Analyse von Konstruktionsvarianten
• Optimierung der Betriebsfestigkeit von Komponenten
Beschleunigung von Testverfahren für die Betriebsfestigkeit
Umfassende Feldtests zur Validierung der Betriebsfestigkeit sind äußerst
kostspielig und zeitaufwändig. Um die Kosten zu reduzieren, ersetzen
immer mehr Hersteller die realen Fahrzeugtests durch beschleunigte
Prüfstandsversuche oder Simulationen. LMS Tecware unterstützt
diese entscheidende Verlagerung durch Verfahren zur Erstellung von
schädigungsäquivalenten Betriebslasten. Dadurch können neue Testszenarios
erstellt und bestehende optimiert werden. Dadurch können in derselben Zeit
mehr Varianten getestet werden.
• Verkürzung der Testzeit ohne Verlust schädigungsrelevanter Anteile
• Bessere Auslastung der verfügbaren Prüfstände
LMS Tecware entfernt nicht schädigende
Anteile aus Langzeitmessungen zur
Reduzierung von Testzeiten.
Erstellung kundenbezogener Lastkollektive und Testvorschriften
Die Zuordnung der tatsächlichen Kundennutzung Ihres Produkts zu einem
komprimierten Testverfahren für die Betriebsfestigkeit ist nicht einfach. Die
LMS Customer Correlation (CuCo)-Lösung bietet einen systematischen Ansatz
zur Lastdatensynthese mit einem zweistufigen Ansatz.
• Zunächst wird die kundenbezogene Ziellebensdauer anahnd von
Daten über öffentliche Straßen gewonnen. Für gewöhnlich wird dies
mit einem Fahrzeug-Prototyp durchgeführt. Alternativ wird die LMS
Customer Correlation (CuCo) angewendet. Mehrere Fahrzeuge werden
untersucht, um Input über Fahrer und Straßenbeläge zu erhalten und
kundenbezogene Ziellebensdauern, die auf statistischen Modellen basieren,
LMS Customer Correlation (CuCo) misst
bei zahlreichen Fahrzeugen den Input
zu rekonstruieren.
bezüglich Fahrer und Straßenbelag und • Anschließend wird die Ziellebensdauer in einem komprimierten
rekonstruiert die Dauerbeanspruchung. schadensäquivalenten Testverfahren für die Betriebsfestigkeit abgebildet.
Sämtliche Mutmaßungen werden durch die Berechnung der optimalen
Mischung aus Versuchsstreckenbereichen beseitigt, die der Verwendung
der Zielkunden hinsichtlich der Ermüdung entsprechen.
11Lastvorhersagen für die Betriebsfestigkeitsanalyse
Die Vorhersage von Fahrbetriebsbelastungen ist ein wichtiger Schritt
bei der Beurteilung der Betriebsfestigkeit einer Komponente aufgrund
realer Belastungen. LMS Virtual.Lab System-Level Fatigue nutzt den LMS
Virtual.Lab Motion Solver und ermöglicht Ingenieuren die Berechnung der
Bauteilbelastung mit Hilfe von Mehrkörpersimulation. Heutige industrielle
Verfahren zur Lastvorhersage können in drei Kategorien mit zunehmender
Komplexität unterteilt werden:
• Methode 1: Belastungen am Fahrwerk
• Methode 2: Belastungen am Gesamtfahrzeug, die auf Messfahrten basieren
Für die Vorhersage des
• Methode 3: Belastungen am Gesamtfahrzeug,, die auf CAE-Ergebnissen
Fahrzeugverhaltens und der (digitale Teststrecke) basieren
Lastübertragung auf Komponenten
werden Mehrkörpermodelle verwendet. LMS Virtual.Lab Motion deckt alle drei Methoden zur Lastvorhersage ab.
Diese Bauteilbelastungen werden mit strukturellen Spannungen
kombiniert. Mithilfe von Materialparametern können dann kritische
Ermüdungsschwachpunkte und die entsprechende Lebensdauer der
Komponenten vorhergesagt werden.
Methode 1: Belastungen am Fahrwerk
Das Mehrkörpermodell der Aufhängung nutzt Lasten, die bei einem
Prüfstandsversuch am kompletten Fahrzeug aufgenommen wurden
(typischerweise Radaufstandskräfte und -momente). Dieser klassische Ansatz
nutzt die Versuchsdaten direkt und ist deshalb einfach aufzusetzen. Allerdings
sollte eine der beiden komplexeren Methoden verwendet werden, um die
genauen Lasten an der Verbindung mit der Karosserie zu bestimmen.
• Einfache Anwendung von gemessenen Lasten in Mehrkörpermodellen
Robuste und genaue
• Präzise Analyse von Teilkomponenten
Mehrkörperlösungen für die
Berechnung der Belastung von
Fahrwerkkomponenten.
Methode 2: Belastungen am Gesamtfahrzeug
Das direkte Aufbringen von gemessenen Radaufstandskräften auf ein
ungefesseltes Mehrkörpermodell ist aus numerischen Gründen meist
nicht möglich. Der im LMS Virtual.Lab Motion-TWR implementierte Hybrid-
Ansatz (Test-CAE) nutzt die Messdaten, um eine entsprechende Anzahl an
Anregungen zu berechnen, die die Messdaten simulieren. Diese Methodik
hat den Vorteil, dass nicht nur realistische Simulationen reproduziert werden,
sondern auch keine Straßen und Reifen modelliert werden müssen.
• Realistische und genaue umfassende Fahrzeugsimulation
LMS Virtual.Lab Motion-
TWR ermöglicht realistische
• Vermeidung von Reifen-, Straßen- und Fahrermodellen
Simulationen von Belastungen
am Gesamtfahrzeug.
12Methode 3: Digitale Teststrecke
Der vollständige CAE-Ansatz besteht aus der Vorhersage der
Bauteilbelastungen durch Nachbildung der realen Fahrbedingungen. Für den
Ansatz werden sowohl ein entsprechendes Fahrzeugmodell als auch eine
genaue Beschreibung des Reifens, der Straße und des Fahrers benötigt.
• Realistische Vorhersagen von Fahrbetriebsbelastungen
• Kein physikalischer Prototyp nötig
Genaue Modelle von
Reifen und Straße für die
vollständige Simulation von
Fahrbetriebsbelastungen.
Vorhersage der Lebensdauer
Prüfstandsversuche sind kostspielig und können erst am Ende des
Entwicklungsprozesses durchgeführt werden. LMS Virtual.Lab Durability
ermöglicht den Ingenieuren, kritische Ermüdungsschwachpunkte und die
entsprechende Lebensdauer vorherzusagen. Es kombiniert Bauteilbelastungen,
die aus Prototypmessungen oder Mehrköpersimulationen abgeleitet wurden,
FE-basierte Spannungsergebnisse und zyklische Materialparameter. LMS
Virtual.Lab Durability bietet Auswertungstechniken zur Ermittlung kritischer
Ermüdungsbereiche und der Hauptursachen von Ermüdungsproblemen.
• Validierung vieler Konstruktionsvarianten für die Lebensdauer in noch
kürzeren Entwicklungszyklen
Von der einfachen Analyse der
• Verbesserung der Betriebsfestigkeit von Schweißkonstruktionen
Sicherheitsfaktoren zur detaillierten
mehrachsigen Ermüdung. • Optimierung der Lebensdauer an Verbundwerkstoffen
• Besseres Verständnis und Verbesserung von Prüfstandsversuchen
LMS Virtual.Lab Durability erlaubt die optimale Auslegung der
Betriebsfestigkeit und bietet spezielle Lösungen im Zeit- und Frequenzbereich
für die Ermüdung von Schweißverbindungen, thermomechanische Ermüdung,
sowie Ermüdung von Verbundwerkstoffen.
Ermüdung von Schweißverbindungen
Betriebsfestigsprobleme treten oft an Schweißverbindungen auf. LMS Virtual.
Lab Durability bietet die umfassendsten und genauesten Methoden zur
Bewertung der Ermüdung von Schweißnähten und Schweißpunkten. Es bietet
ein fortschrittliches Werkzeug zur automatischen Erkennung der Topologie
typischer Schweißnähte in einem FE-Netz. Somit müssen Ingenieure nicht
mehr jede Schweißnahtverbindung mühsam von Hand modellieren und
können damit auch große geschweißte Baugruppen in kurzer Zeit simulieren.
LMS Virtual.Lab Durability Seam
Welds unterstützt die genaue
und effiziente Simulation von
Schweißnähten.
13Thermomechanische Ermüdung
Temperaturänderungen beeinflussen das mechanische und das
Ermüdungsverhalten von Metallen. Das Modul LMS Virtual.Lab Durability
Thermal Fatigue ermöglicht auf verschiedenen Detaillierungsniveaus die
effiziente Simulation dieser Einflüsse, wobei Standard-Ermüdungsdaten
verwendet werden können. Dank einer neuen Erweiterung des
Dehnungsansatzes können auch Kriechermüdung und viskoplastische
Effekte zügig und genau berücksichtigt werden. Dadurch können
Bauteile, die Temperaturschocks ausgesetzt wurden, auf kritische
Vergleich der simulierten
Langzeit- und zyklischen Ermüdungsschwachpunkte und Lebensdauer hin analysiert werden.
Ermüdung mit Tests.
Ermüdung im Frequenzbereich
Üblicherweise steht das Versagen durch Ermüdung in Verbindung
mit zeitabhängign Lasten in Form von lokalen Spannungs- und
Dehnungszeitreihen. Allerdings gibt es Belastungssituationen, z.B. am
Rütteltisch, die effizienter im Frequenzbereich beschrieben werden können.
Dies können sowohl deterministische Block- oder Schwellbelastungen sein,
oder auch allgemeine stationäre Prozesse.
LMS Virtual.Lab Durability Vibration Fatigue verarbeitet all diese
Belastungssituationen sowohl ein- als auch mehrachsig. Dabei werden auch
Vibration Fatigue ermöglicht
die Analyse des Einflusses die Phasenbeziehungen korrekt berücksichtigt.
verschiedener – in diesem Fall
vertikaler und lateraler – Lasten.
Verbundwerkstoffermüdung
Die Gewichtsreduzierung von Fahrzeugen und die CO2-Bestimmungen
erfordern die Verwendung von neuen leichten Materialien, wie z. B.
Verbundwerkstoffen. Aufgrund ihrer komplexen Mikrostruktur werden
für diese Materialien besondere Strategien für die Ermüdungsbeurteilung
benötigt.
LMS Virtual.Lab Composite Fatigue berücksichtigt als einziges Tool sowohl
die Reststeifigkeit als auch Spannungsumlagerungen bei komplexen
Lastsituationen. Erst dies ermöglicht es, die guten Ermüdungseigenschaften
Verbundwerkstoffermüdung auf
Makro-Ebene.
vieler Verbundwerkstoffe auch auszunutzen.
14Lebensdauertests im Labor
In der „Durability Alliance“ arbeitet Siemens PLM Software mit Instron®
Structural Testing Systems (IST) und Kistler zusammen, um erstklassige
Hardware- und Softwarelösungen für Rüttelversuche anzubieten. Sowohl
Gesamtfahrzeug- und Komponentenprüfstände, als auch 4-Stempel
Prüfstände und mehrachsige Rütteltische können zur Validierung der
Lebensdauer eingesetzt werden. Die in IST RS LabSite® Modulogic integrierte
LMS-Technologie wird für die Vorbereitung der Tests, die Ansteuerung von
Prüfständen und die Überwachung von Prüfläufen verwendet.
Bei Ermüdungs- und
Lebensdauerversuchen des Fahrwerks
wird ein IST-Prüfstand verwendet
(ein Partner von LMS in der Durability
Alliance).
Stoß- und Vibrationstests
LMS Test.Lab Vibration Control bietet eine Komplettlösung für Stoß- und
Vibrationstests. Es unterstützt Ingenieure dabei, ihre Produkte einfach zu
zertifizieren und freizugeben und stellt sicher, dass sie den geforderten
Anregungen und Schwingungsbeanspruchungen (auch unter extremen
Bedingungen) genügen.
• Steuerungs- und Auswertungssoftware für Vibrationstests mit
verschiedenen Anregungen: Sinus, Sinus Resonanzverweilen, Rauschen,
Stoß.
• Einaxiale Wellenformreplikation (Time Waveform Replication, TWR) für das
Nachfahren von Betriebsbedingungen
Stoß- und Vibrationstests von
Komponenten mit LMS Test.Lab • Unterstützung gängiger Branchenstandards und benutzerspezifischer
Vibration Control. Testdefinitionen
• Vollständig kompatibel mit elektrodynamischen Schwingerregern (Shaker)
und hydraulischen Aktuatoren
• Erweiterbar mit umfassenden Analyse- und Steuerungsfunktionen
Verwaltung von Fahrbetriebslasten
Durch die Erfassung von Fahrbetriebslasten entstehen riesige Datenmengen.
Um diese entsprechend zu nutzen, müssen die richtigen Anwender zum
richtigen Zeitpunkt darauf zugreifen können. Hierzu werden die Daten
während der Messung sinnvoll organisiert, strukturiert und kommentiert.
So können sie auch team- und produktübergreifend genutzt werden. LMS
Tec.Manager ist eine Web-Anwendung, die abfragebasierte Datensuche,
Visualisierung und Check-In/Check-Out unterstützt, um den Wert der erfassten
Daten für das gesamte Unternehmen zu steigern.
Ein weiterer wichtiger Teil der LMS-Daten-Management-Strategie ist ein
herstellerunabhängiger Zugriff und der Austausch von Echtzeitdaten. Die LMS
LMS Tec.Manager durchsucht
Fahrbetriebslasten aus beliebigen
Technologie unterstützt auch den ASAM-ODS-Standard zum Datenaustausch
Messkampagnen und leitet daraus zwischen Software-Paketen unterschiedlicher Anbieter und damit eine Vision
gewünschte Statistiken ab. zahlreicher Automobilhersteller.
15Über Siemens PLM Software
Siemens PLM Software, eine Business Unit der Siemens-
Division Digital Factory, ist ein führender, weltweit
tätiger Anbieter von Product Lifecycle Management
(PLM)-Software und zugehörigen Dienstleistungen
mit 9 Millionen lizenzierten Anwendern und mehr als
77.000 Kunden in aller Welt. Siemens PLM Software
mit Hauptsitz in Plano, Texas, unterstützt zahlreiche
Unternehmen dabei, die Prozesse im Produktlebenszyklus
von der Planung und Entwicklung bis hin zur Fertigung
und dem Support zu optimieren, um so bessere Produkte
zu produzieren. Unsere Vision von HD-PLM ist es,
jedem Beteiligten in der Produktentstehung die für
ihn relevanten Informationen im richtigen Kontext zur
Verfügung zu stellen, damit intelligentere Entscheidungen
getroffen werden können. Weitere Informationen über die
Produkte und Leistungen von Siemens PLM Software unter
www.siemens.com/plm.
Firmensitz Europa
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5800 Granite Parkway Interleuvenlaan 68
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Südamerika AIA Kowloon Tower,
5755 New King Court Landmark East
Troy, MI 48098 100 How Ming Street
USA Kwun Tong, Kowloon
+1 248 952 5664 Hong Kong
+852 2230 3308
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Inc. Siemens und das Siemens-Logo sind eingetragene
Marken der Siemens AG. LMS, LMS Imagine.Lab, LMS
Imagine.Lab Amesim, LMS Virtual.Lab, LMS Samtech, LMS
Samtech Caesam, LMS Samtech Samcef, LMS Test.Lab, LMS
Soundbrush, LMS Smart und LMS SCADAS sind Marken
oder eingetragene Marken von LMS International N.V. oder
einer seiner Tochtergesellschaften. Alle anderen Marken,
eingetragenen Marken oder Dienstleistungsmarken sind
Eigentum der jeweiligen Inhaber.
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