Fahrzeugstrukturen

Konzeptentwicklung von Fahrzeugstrukturen

Ausgehend von ersten Packagedaten und den daraus resultierenden Bauräumen entwickelt das ika unter frühzeitigem Einsatz numerischer Optimierungswerkzeuge innovative Karosseriestrukturkonzepte. Die in der frühesten Entwicklungsphase noch vor der Erstellung der ersten CAD-Modelle bestehenden Gestaltungsfreiheiten werden so optimal genutzt. Die enge Zusammenarbeit mit den Engineering-Teams in den Bereichen Fahrwerk und Antrieb stellt dabei sicher, dass alle wesentlichen Randbedingungen von Anfang an Berücksichtigung in einem schlüssigen Gesamtkonzept finden. Kreative Ideen, die in interdisziplinären Brainstorming-Sessions entwickelt werden, bilden eine weitere wichtige Basis, um schließlich im CAD-Modell ein überzeugendes Strukturkonzept zu präsentieren. Dieses lässt sich im Anschluss mithilfe numerischer Auslegungswerkzeuge zu einer Fahrzeugstruktur mit hohem Innovationsgrad weiterentwickeln, die allen Anforderungen gerecht wird.

Numerische Auslegung, Berechnung und Optimierung

Die virtuelle Struckturentwicklung am ika umfasst die Auslegung, die numerische Berechnung und die Optimierung von Komponenten und Modulen bis hin zum Gesamtfahrzeug. Auf Basis der Finite-Elemente-Methode und der Mehrkörpersimulation werden Analysen hinsichtlich Steifigkeit, Festigkeit, Crashsicherheit, Fußgängerschutz und Schwingungsverhalten durchgeführt. Der berechnungsgestützte Entwicklungsprozess erlaubt auf kostengünstige Weise die Konzeptabsicherung bereits in frühen Entwicklungsphasen. Das ika verfügt dazu über zahlreiche kommerzielle CAE-Werkzeuge sowie leistungsfähige Rechencluster.

Versuch und Erprobung

Mithilfe modular aufgebauter und somit vielseitig einsetzbarer Prüfstände bietet das ika von entwicklungsbegleitenden Tests auf Komponentenebene bis hin zu gesetzlich vorgeschriebenen Zertifizierungsprüfungen an Gesamtfahrzeugen ein umfangreiches Testprogramm an.

Dank der engen Verzahnung mit der Berechnung können darüber hinaus Validierungsversuche zur Absicherung von Simulationsergebnissen schnell und flexibel durchgeführt werden. Zur Datenerfassung steht dabei umfangreiche Mess- und High-Speed-Videotechnik zur Verfügung. Zu den wesentlichen Prüfständen im Fahrzeugbereich zählen:

• Crashanlage für Gesamtfahrzeug- und Komponententests inkl. vollvariabler Schlitten
• Falltürme und Pendelprüfstand
• Servohydraulisches Prüfzentrum und Intrusionsprüfstand
• Stoßkolbenprüfstand für Fußgängerschutzuntersuchungen
• Struktursteifigkeits- und Modalprüfstände
• Einrichtungen zur Untersuchung von Beulsteifigkeit, Beulfestigkeit und Hagelschlag
• Messeinrichtungen zur 3D-Koordinatenerfassung und Oberflächenrückführung

Methodenentwicklung in Versuch und Simulation

Um die Einsatzfelder numerischer Berechnungsverfahren zu erweitern und spezielle Kundenanforderungen im Versuch zu erfüllen, befasst sich das ika nicht nur mit der Anwendung, sondern auch mit der Weiterentwicklung entsprechender Verfahren. Dazu gehört etwa die Automatisierung von Berechnungsaufgaben und Auswerteprozeduren oder die Kopplung unterschiedlicher Solver im Rahmen der multidisziplinären Optimierung. In der Versuchstechnik stellt die Entwicklung von Komponententests für Strukturbauteile eine besondere Stärke im Leistungsangebot des ika dar. In der numerischen Simulation werden die Randbedingungen des Versuchsaufbaus dabei so festgelegt, dass das Bauteilverhalten im virtuellen Komponententest dem Verhalten in der Gesamtfahrzeugsimulation gleichkommt. Die Anwendung derartiger Prüfkonfigurationen im Realversuch ermöglicht gerade bei größeren Testserien erhebliche Kosteneinsparungen gegenüber Prüfungen an der Gesamtstruktur.

Design- und Funktions-Benchmarking

Das Design- und Funktions-Benchmarking stellt einen wichtigen Schritt bei der Neuentwicklung von Strukturkomponenten dar. Das ika bietet neben dem reinen Design-Benchmarking für Gesamtfahrzeuge und Karosserie- und Strukturkomponenten, in dem u.  a. Bauweisen, Werkstoffe, Massen und Blechdicken nach Bauteildemontage ermittelt werden, die Durchführung von Funktions-Benchmarkings an. Dabei werden in enger Abstimmung mit dem Kunden wichtige Bauteilfunktionen wie Torsionssteifigkeiten, Biegesteifigkeiten, Crashverhalten und Beuleigenschaften in Versuchen ermittelt und ausgewertet. Das ika ist in der Lage, dafür spezielle Prüfstände zu konzipieren und aufzubauen. Eine übersichtliche und klar strukturierte Dokumentation schließt die Benchmarkinganalysen ab. Im Anschluss an das Benchmarking können die Bauteildimensionen mithilfe von Digitalisierungsverfahren in CAE-Daten überführt und der numerischen Berechnung bzw. Optimierung zugänglich gemacht werden.

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