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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
Zusammenhang mit dem Markenimage
und ist daher ein entscheidendes
Verkaufsargument. Kunden gehen
einfach davon aus, dass sie ihre Pkws
mindestens 300.000 Kilometer weit
fahren können. Aber Kunden haben
heutzutage noch viel mehr auf ihrer
Wunschliste als nur ein langlebiges
Fahrzeug. Sie erwarten ein breites
Angebot an Fahrzeugtypen und höhere
Qualität.
Zudem sorgt der ökologische Trend
für weitere Herausforderungen.
Gegensätzliche Ziele in der Entwicklung
müssen abgestimmt werden, um
Fahrzeuge zu produzieren, die die
weltweite Mobilität in Zukunft
bestimmen.
Die Erschließung neuer Zielmärkte
verstärkt die Nachfrage nach einer
breiten Auswahl an Fahrzeugtypen,
einschließlich neuer Fahrzeugkonzepte
wie Hybrid- oder Elektrofahrzeuge.
Mehr Fahrzeugtypen erhöhen
den Druck auf Abteilungen für
Betriebsfestigkeitsanalysen. Diese
müssen in kürzerer Zeit mehr
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Komponenten für mehr Belastungsfälle
entwickeln und validieren, ohne dabei
die Genauigkeit zu beeinträchtigen.
Beim Design zielt die Automobilbranche
darauf ab, das Gewicht der Fahrzeuge zu
minimieren. Fahrzeuge mit geringerem
Gewicht erfüllen die Erwartungen
bezüglich Kraftstoffeinsparung und
erzielen im Allgemeinen bessere
Leistungen und mehr Effizienz.
Neue Werkstoffe, Hybrid-Motoren
und fortschrittliche Elektrifizierung
der Fahrzeuge sorgen für eigene
Herausforderungen, da sie Ermüdung,
Schwingungen sowie thermische und
akustische Aspekte der Fahrzeuge
beeinflussen. Diese Herausforderungen
erscheinen schwierig, aber die
Automobilbranche kann diese
Anforderungen der Kunden erfüllen,
wenn sie Betriebsfestigkeitsanalysen in
einen effizienten Entwicklungsprozess
integriert.
Heutige Erwartungen der Kunden
• Laufleistung von 300.000 km
• Keine Kompromisse bei Lebensdauer
und Sicherheit
• Breite Auswahl an Fahrzeugtypen
• Attraktive Preise
• Verbesserte Kraftstoffeinsparung
Abteilungen für die
Betriebsfestigkeitsanalyse
• garantieren langlebige und
sichere Designs und verhindern
Rückrufaktionen
• bewältigen mehr und mehr
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
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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
betriebsfeste Auslegung
Wir verfügen über die richtigen
Produkte zur Unterstützung des
kompletten Betriebsfestigkeitsprozesses:
ausgehend von Lasten, die mit der
LMS SCADAS™ Durability Recorder
Hardware aufgezeichnet werden, über
eine Zielermittlung und Definition einer
Testvorschrift mit der LMS™ Tecware
Software hin zu Simulationstechniken
mit LMS Virtual.Lab™-Software zur
Beurteilung der Lebensdauererfüllung
in den frühen Schritten des
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
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Methodenentwicklung bis hin zu
schneller Fehlerbehebung und Fragen bei
der Detailbearbeitung.
Skalierbares Partnermodell
Wir bieten ein maßgeschneidertes,
skalierbares Partnermodell für jeden
Hersteller und Zulieferer weltweit –
vom Anbieter der Testsysteme und
Simulationssoftware über Partner
im Lebensdauerattribut-Bereich hin
zu strategischen Partnern bei der
Entwicklung von Produkten und
Prozesstransformationsprogrammen.
Lösungen für Fahrwerk, Antriebsstrang und Karosserie
Fahrwerk
• Federung
• Lenksystem
• Hilfsrahmen
• Rad
Antriebsstrang
• Motor
• Motorausrüstung
• Getriebe, Antriebswelle
• Differenzial
• Abgasanlage
„Die Verwendung von LMS Virtual.Lab Durability in
Piaggio halbiert die Anzahl benötigter Prototypen
und verkürzt den Entwicklungszyklus.“
Riccardo Testi
Development and Strategies 2 Wheeler Engines
Technical Centre
Piaggio
Karosserie
• Karosserie
• Tür
• Sitz
„Simulationen auf Systemebene in LMS Virtual.Lab
Motion sind wichtig für die Simulation der
Auswirkung von grundlegenden
Konstruktionsänderungen auf die Lebensdauer. Mit
dem Simulationsansatz können wir den Einfluss von
veränderten Lagerkennwerten oder angepassten
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-FixEntwicklungsprozess 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
Trotz der verstärkten Verwendung
von Simulationen sehen sich
Versuchsabteilungen einer
erhöhten Anzahl an Testaufgaben
gegenüber, die es zu bewältigen
gilt. Obwohl viele Routinetests
durch Simulationen ersetzt werden
können, lastet der explosionsartige
Anstieg von Produkttypen und
die erhöhte Komplexität der
Testszenarien die Versuchskapazitäten
weiterhin aus. Zusätzlich kürzen
Automobilunternehmen weiter ihre
Produktentwicklungszeiten, was zu einer
geringeren Anzahl an Prototypen und
weniger Zeit für Tests führt.
Realistische Designs und Validierungen
mit genauen Lasten
• LMS SCADAS Durability Recorder –
Erfassung mobiler Daten für raue
Bedingungen
Entwickelt für robuste Datenerfassung
unter extremen Bedingungen wie
Wasser, Staub, Schmutz, Stöße und
Vibrationen
• LMS Tecware – effiziente
Betriebslastdatenbearbeitung
Optimierter Prozess zur
Konsolidierung von Lastdaten,
Analyse von lebensdauerspezifischen
Merkmalen und Entwicklung von
kundenbezogenen Testverfahren
• LMS™ Tec.Manager Software –
skalierbare Testdatenverwaltung
Organisieren, Suchen und Teilen
von Testdaten zur Unterstützung
der virtuellen und physischen
Designvalidierung
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Beschleunigte Lebensdauerversuche
• LMS Tecware – verkürzte
Labortestzeiten
Entfernen von nicht schädigenden
Ereignissen bei Langzeitmessungen
zur Beschleunigung der Testverfahren
für die Betriebsfestigkeit
• LMS Test.Lab™ Vibration Control
Software – Komplettlösung für Stoßund Vibrationstests
Zertifizierung und Freigabe
von Komponenten. Genaue
Regelkreis-Rüttlerkontrolle und
maximale Anzahl an eingebauten
Sicherheitsmechanismen minimieren
das Beschädigungsrisiko von teuren
Prüfgegenständen
• Die Allianz für Betriebsfestigkeit
Eine enge Partnerschaft mit Instron
Structural Testing Systems und Kistler
sichert die Integration von Software
für die Lebensdauerberechnung
und Simulation bei gemeinsamen
Entwicklungen
Simulationsbasierte
Betriebsfestigkeitsanalyse
Kürzere Entwicklungszeiten und
erhöhte Qualitätsanforderungen
haben herkömmliche testbasierte
Lebensdaueranalysen an ihre Grenzen
gebracht. Die Evaluierung und
Optimierung der Lebensdauererfüllung
eines virtuellen Prototyps vor den
physikalischen Tests ist eine echte
Alternative.
Beurteilung der Lebensdauererfüllung
in der frühesten Phase des
Entwicklungszyklus
LMS Virtual.Lab ist eine integrierte
Software Plattform zur virtuellen
Auslegung. Dies umfasst Aspekte wie
Finite-Elemente (FE), Modalanalyse,
Mehrkörperanalyse (MKS) und
Lebensdauervorhersage.
• LMS Virtual.Lab Motion Software
– Realistische Vorhersage von
Betriebslasten
Simulation realistischer Bewegungen
und Belastungen mechanischer
Systeme, schnelles Erstellen und
Verwenden von Mehrkörpermodellen,
effiziente Wiederverwendung von
CAD- und FE-Modellen und schnelle,
effiziente Variantenrechnung.
• LMS Virtual.Lab Durability Software
– genaue Lebensdauervorhersage
Analyse der statischen Festigkeit
und Betriebsfestigkeit.
Anwendungsspezifisches
Postprocessing ermöglicht neben
dem Finden kritischer Stellen
eine gründliche Analyse der
Versagensursachen.
LMS Engineering Services
Neben Hardware und Software ist
umfangreiche Erfahrung notwendig,
um den richtigen Kompromiss
zwischen verschiedenen funktionalen
Eigenschaften und wirtschaftlichen
Randbedingungen wie z.B.
Kraftstoffeinsparung, Projektkosten und
Gewicht zu finden. Unsere Ingenieure
haben Erfahrung in der Unterstützung
der Automobilbranche, wenn es um die
Entwicklung von Komponenten und
Fahrzeugen mit optimalen Ermüdungsund Festigkeitseigenschaften geht,
die sicherstellen, dass die Teile nicht
zu schwer oder teuer werden, um sie
profitabel zu produzieren.
LMS Engineering Services bietet eine
Vielzahl an Dienstleistungen und kann
vom Konzept bis zur endgültigen
Validierung die volle Verantwortung für
alle Phasen übernehmen. Die Lösungen
sind vollständig skalierbar – von der
Verantwortlichkeit der gemeinsamen
Fahrzeugentwicklung über die
Unterstützung der Entwicklung von
wichtigen Subsystemen, wie z. B. der
vorderen und hinteren Federung oder
Karosserieteilen, hin zur Fehlersuche
und Detailbearbeitung der einzelnen
Komponenten.
• Erfassung von
Fahrbetriebsbelastungen – Messung
von Nutzungsbelastungen
• Lastdatenanalyse und
Testplanentwicklung
• Detaillierte Fahrzeugentwicklung –
Mehrkörpersimulation und Vorhersage
der Ermüdungsbeständigkeit
• Optimierung von Prototypen
• Technologietransfer,
Methodenentwicklung und
Fehlersuche
Kundenservice
Unsere Ingenieure unterstützen
die Kunden, da sie nicht nur die
Hardware und Software verstehen,
sondern auch mit den entsprechenden
Anwendungen vertraut sind. Mit
ausführlichen Schulungen, Seminaren
und Dienstleistungen vor Ort bauen
die technischen Mitarbeiter unserer
Kunden ihr Fachwissen zu Software und
Systemen auf.
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Bei hoher Kanalanzahl, wobei
die Kanäle auf mehrere separate
Testgeräte aufgeteilt sind, werden
die Daten vollständig synchronisiert
und automatisch in einer Messdatei
gesammelt.
LMS Tecware ProcessBuilder optimiert
die Konsolidierung von Rohdaten aus
Fahrbetriebsmessungen.
Schnelle Beurteilung von Einflüssen
auf die Lebensdauer z.B mit Hilfe der
mehraxialen Rainflow-Zählung von LMS
Tecware.
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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
Eingangskanäle), ohne Beeinträchtigung von Geschwindigkeit oder Qualität
• Integrierte Signalkonditionierung für Radkraftaufnehmer, Spannungsprüfer,
Weg-Sensoren (LVDTs, Seilzuglängengeber), Thermoelemente, GleichstromBeschleunigungsmesser, GPS, CAN-Bus
• 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.
• Schnelle, einfache und intuitive Zeitdatenvalidierung
• 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
Simulationsergebnissen.
• Umfangreiche Funktionalität: Statistiken, Rainflow, Spannenpaar,
Klassendurchgang, Verweildauer, spektrale Leistungsdichte, Schädigung
• Erfüllen SAE-, AFNOR- und DIN-Normen
• Innovative Technologie - mit führenden Automobilherstellern entwickelt
und validiert
Anhand von Daten aus
Dehnungsmessungen bewertet
LMS Tecware die Lebensdauer einer
Komponente.
LMS Tecware entfernt nicht schädigende
Anteile aus Langzeitmessungen zur
Reduzierung von Testzeiten.
LMS Customer Correlation (CuCo) misst
bei zahlreichen Fahrzeugen den Input
bezüglich Fahrer und Straßenbelag und
rekonstruiert die Dauerbeanspruchung.
Experimentelle 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
• Auf Spannungen oder Dehnungen basierte Lebensdaueranalyse bei
niedrigen und hohen Schwingspielzahlen
• 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
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,
zu rekonstruieren.
• Anschließend wird die Ziellebensdauer in einem komprimierten
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.
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Für die Vorhersage des
Fahrzeugverhaltens und der
Lastübertragung auf Komponenten
werden Mehrkörpermodelle verwendet.
Robuste und genaue
Mehrkörperlösungen für die
Berechnung der Belastung von
Fahrwerkkomponenten.
LMS Virtual.Lab MotionTWR ermöglicht realistische
Simulationen von Belastungen
am Gesamtfahrzeug.
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Lastvorhersagen 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
• Methode 3: Belastungen am Gesamtfahrzeug,, die auf CAE-Ergebnissen
(digitale Teststrecke) basieren
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
• Präzise Analyse von Teilkomponenten
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 HybridAnsatz (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
• Vermeidung von Reifen-, Straßen- und Fahrermodellen
Methode 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.
Von der einfachen Analyse der
Sicherheitsfaktoren zur detaillierten
mehrachsigen Ermüdung.
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
• Verbesserung der Betriebsfestigkeit von Schweißkonstruktionen
• 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.
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Vergleich der simulierten
Langzeit- und zyklischen
Ermüdung mit Tests.
Vibration Fatigue ermöglicht
die Analyse des Einflusses
verschiedener – in diesem Fall
vertikaler und lateraler – Lasten.
Verbundwerkstoffermüdung auf
Makro-Ebene.
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Thermomechanische 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
Ermüdungsschwachpunkte und Lebensdauer hin analysiert werden.
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
die Phasenbeziehungen korrekt berücksichtigt.
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
vieler Verbundwerkstoffe auch auszunutzen.
Lebensdauertests 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 von
Komponenten mit LMS Test.Lab
Vibration Control.
LMS Tec.Manager durchsucht
Fahrbetriebslasten aus beliebigen
Messkampagnen und leitet daraus
gewünschte Statistiken ab.
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
• Unterstützung gängiger Branchenstandards und benutzerspezifischer
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
Technologie unterstützt auch den ASAM-ODS-Standard zum Datenaustausch
zwischen Software-Paketen unterschiedlicher Anbieter und damit eine Vision
zahlreicher Automobilhersteller.
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Über Siemens PLM Software
Siemens PLM Software, eine Business Unit der SiemensDivision 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
Granite Park One
5800 Granite Parkway
Suite 600
Plano, TX 75024
USA
+1 972 987 3000
Nord-, Mittel- und
Südamerika
5755 New King Court
Troy, MI 48098
USA
+1 248 952 5664
Europa
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Belgium
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