Témata
Reklama

Simulace extrémní zátěže při vývoji vozidel BMW pomocí CAE softwarů Adams a Marc

Efektivní návrh a testování mechanických systémů vozidel může být, z důvodu nedostatku integrace mezi využívanými simulačních nástroji, například mezi softwary pro multibody analýzu (MBD) a softwary pro analýzu metodou konečných prvků (FEA), problematické. Takovouto integraci však v rámci multifyzikální kosimulace umožňují softwary Adams a Marc, které propojují multibody analýzu (Adams) s nelineárními FEA aplikacemi (Marc). Tyto softwary, dříve distribuované společností MSC Software, jsou nyní součástí portfolia skupiny Hexagon.

Přečtěte si, jak konstruktéři přední automobilky BMW zabývající se multibody analýzou mohou pomocí tohoto integrovaného řešení zvýšit přesnost výpočtových modelů zahrnutím nelineárního chování konstrukčních částí a konstruktéři zabývající se metodou konečných prvků mohou studovat součásti s použitím realistických okrajových podmínek. Efektivním využitím této kombinace softwarů dochází ke snížení nároků na délku řešení.

lustrační obrázek. (Zdroj: BMW)

Během provozního období jsou vozidla vystavena vysokým nárazovým zatížením, která mají klíčový vliv na konstrukci jejich jednotlivých součástí. Tyto faktory jsou zásadní při procesu vývoje vozidel a automobil tak prochází různými zátěžovými zkouškami. Jednou z nich je "přejetí sloupku" (obr. č. 1), při kterém je podvozek vozidla poškozen překážkou a kdy dojde k jeho trvalé/plastické deformaci.

Problém tradičního přístupu analýzy spočívá v tom, že při samostatném využití multibody analýzy nelze zachytit plastickou deformaci podvozku. Nebo pokud se konstruktéři pokusí analyzovat deformaci podvozku metodou konečných prvků a zahrnout dynamiku celého vozidla, může dokončení jedné simulace trvat i několik týdnů.

Obr. č. 1: Extrémní případ zatížení: přejetí sloupku.

I. Přínos kosimulace Marc-Adams

Pro řešení výše uvedené aplikace společnost Hexagon použila kombinaci softwarů pro multibody dynamiku a nelineární analýzu metodou konečných prvků (obr. č. 2). Metodu konečných prvků lze použít k přesnému popisu nelineárního chování komponent, včetně plastových dílů, zahrnující použití nelineárních materiálových dat, velkých deformací nebo ztráty stability. Multibody analýzu lze naopak využít k přesnému a efektivnímu modelování pohyblivých mechanismů. Při kosimulaci pak bude výpočet probíhat mnohem rychleji a s požadovanou úrovní přesnosti.

Místa, v nichž je model jednoho systému propojen s modelem druhého systému, se nazývají body interakce. Ve všech těchto bodech interakce pak během simulace, kdy oba systémy pracují paralelně, Adams předává informací do řešení Marc o posunutí a naopak Marc předává do řešení Adams hodnoty síly a kroutícího momentu. Oba systémy tak mezi sebou stále komunikují, předávají si potřebné informace a kombinují získaná data.

II. Příprava modelu

Model celého vozidla použitý v této studii vychází z korelovaného dynamického modelu vozidla BMW v softwaru Adams Car (obr. č. 3). Obsahuje 13 subsystémů s přibližně 250 stupni volnosti. V softwaru Marc byl modelován podvozek vozidla (obr. č. 4 ) obsahující 11 deformovatelných kontaktních těles, 33 000 uzlů (cca 200 000 stupňů volnosti). Překážka byla definována jako tuhé těleso.

Obr. č. 2: Postup kosimulace Adams-Marc v automobilovém průmyslu. (Hexagon)
Obr. č. 3: Kompletní model vozidla v softwaru Adams. (Zdroj: Hexagon) Obr. č. 4: Model podvozku v softwaru Marc. (Zdroj: Hexagon)

Mezi multibody analýzou (Adams) a analýzou metodou konečných prvků (Marc) existuje 14 bodů interakce, které byly definovány v obou systémech tak, aby byla zajištěna možnost jejich vzájemné komunikace.

III. Fyzikální testování

Při fyzickém testování byl použit stejný manévr jako při simulaci: celé vozidlo projelo přes překážku rychlostí 30 km/h, přičemž výška sloupku byla definována v závislosti na výškovém nastavení vozidla. Sloupek (obr. č. 5) fungoval jako překážka, která poškodí podvozek vozidla (obr. č. 6). Zároveň byla měřena kontaktní síla mezi překážkou a podvozkem, později použitá ke korelaci s výsledky simulace.

Obr. č. 5: Měřicí sloupek. (Zdroj: Hexagon)
Obr. č. 6: Škrábance na podvozku po fyzickém testování. (Zdroj: Hexagon)

Výsledky a korelace

Kosimulace Adams-Marc vykázala srovnatelný výsledek v porovnání s fyzickým testováním. V níže uvedeném grafu (obrázek č. 7) představuje červená křivka výsledek fyzického měření kontaktní síly ve směru Z. Modrá křivka je výsledkem prvního běhu kosimulace bez jakéhokoliv ladění modelů. Poměrně velký rozdíl mezi simulací a testováním na špičkovém zatížení je způsoben tím, že byla výpočtářům poskytnuta nesprávná hodnota souřadnice Y. Z tohoto důvodu nebyl při simulaci zachycen kontakt mezi šroubem na podvozku a překážkou, který způsobuje špičkové zatížení.

Obr. č. 7: Srovnání kontaktní síly: Fyzikální testování vs. výsledky společné simulace. (Zdroj: Hexagon)

Poté, co výpočtáři v simulačním modelu upravili souřadnici Y a provedli další kosimulaci, byla vygenerována černá křivka, která se mnohem více blíží výsledku fyzického testování. Při tomto pokusu byl šroub přidán do modelu Marcu ve zjednodušené formě, nikoliv jako detailní model. To vysvětluje zbývající rozdíl mezi výsledkem kosimulace a testováním. Další analýza byla provedena s ještě lepší korelací mezi výsledky kosimulace a výsledky testování (z důvodů důvěrnosti nebylo možné tyto grafy zobrazit). Načtením souborů s výsledky Adams a Marc do CEI Ensight byla také vytvořena společná animace (obr. č.8).

Závěrem lze konstatovat, že díky kosimulaci mezi softwary Adams a Marc konstruktéři a technici společnosti Hexagon dokázali najít velice dobrou korelaci mezi výsledky fyzických testů a výsledky simulace. To ilustruje, že lze tuto technologii použít k přesné a efektivní predikci dynamického chování vozidla a jeho možného poškození i v extrémních případech zatížení.

Obr. č. 8: Animace automobilu: výsledky simulace přejetí sloupku pomocí softwarů Adams & Marc vizualizovaný v CEI Ensight (Zfroj: Hexagon)

Komerční článek

Firma
Hexagon Manufacturing Intelligence

Divize Manufacturing Intelligence společnosti Hexagon je předním světovým hráčem na poli simulačních softwarů, softwarů pro konstrukci a výrobu, 3D měřicích zařízení a řešení pro zpracování naměřených dat.

Tato řešení nacházejí uplatnění v celé řadě oblastí: ve všeobecném strojírenství, automobilovém a leteckém průmyslu, v dopravní a zemědělské technice, energetice, elektronice, medicínských technologiích, těžkém průmyslu, obrábění a mnohých dalších.

Poskytuje tak nástroje pro kompletní zajištění kvality v rámci celého životního cyklu výrobku.

CAE simulační software pro smart návrh produktů

CAE softwarová řešení společnosti Hexagon umožňují konstruktérům simulovat chování výrobků a procesů. Pomáhají zvyšovat kvalitu, bezpečnost a spolehlivost, šetřit čas vývoje a snižovat náklady spojené s testováním vyráběných produktů. Přesně a spolehlivě předpovídají, jak se budou výrobky chovat v reálném světě, a pomáhají tak designérům navrhovat inovativnější výrobky rychle a hospodárně.

Využívají k tomu analýzy metodou konečných prvků (FEA), výpočetní dynamiky tekutin (CFD), multibody dynamiku (MBD), akustické simulace nebo simulace modelování materiálů.

Výrobní software pro tvorbu a optimalizaci drah CNC

Software pro verifikaci, simulaci a optimalizaci drah nástrojů pro obrábění kovů, plastů, dřeva, konstrukci a výrobu forem a zápustek, tváření plechových dílů, obrábění dřeva, CNC simulace nebo automatizovanou výrobu.

3D měřicí zařízení pro rozměrovou kontrolu

Pomocí metrologických systémů Hexagon získáte informace o kvalitě výrobků a jejich zpracováním pak následnou zpětnou vazbu pro vývojové a výrobní oddělení.

Číst dál
Související články
Vývoj a simulace vysoce výkonných plastových dílů pro elektrokola za použití softwarů Hexagon

Společnosti Hexagon a RadiciGroup se spojily při vývoji lehkého a odolného zadního kyvného ramene pro elektrokola, využívajícího inovativní design, udržitelné materiály a moderní technologie. Díky simulačním nástrojům Digimat a CAEfatigue od společnosti Hexagon navrhly tento plastový díl tak, aby splňoval vysoké požadavky na mechanickou pevnost a tuhost a poskytoval stejný výkon jako díl kovový.

Volvo Bus při vývoji autobusů standardizuje MSC Nastran pro strukturální analýzu

Simulace představují základní prostředek při navrhování moderních autobusů. Dovolují modelovat a vyhodnocovat různé strategie a scénáře ještě před fyzickou stavbou prototypu. Konstruktéři podle nich posuzují výkonnost vozidel za různých podmínek, jako je vysoká rychlost, rozmanitý terén nebo různé povětrnostní podmínky. Díky tomu dochází ke snižování potřeby fyzického testování a přepracovávání návrhů, které následně šetří náklady a čas.

Přečtěte si, jak Volvo Bus Corporation při vývoji autobusů řeší úlohy strukturální analýzy v softwaru MSC Nastran. Tento software, dříve známý pod společností MSC Software, je nyní součástí skupiny Hexagon.

Predikce svařovacích procesů při výrobě automobilů ve společnosti General Motors pomocí Simufact Welding

General Motors, známý americký výrobce automobilů Chevrolet, Buick, GMC a Cadillac, je jedním z největších automobilových výrobců na světě. Při vývoji a následné montáži automobilových komponent se nevyhne potížím, jako jsou deformace a další problémy s rozměrovou a strukturální integritou způsobené svařovacími procesy. Může tím dojít ke zpomalení výroby, zvýšení potřeby přepracování a v konečném důsledku zvýšení nákladů a plýtvání. Proto General Motors pro predikci svařovacích procesů využívá simulační software Simufact Welding. Tento software, dříve známý jako MSC Software, je nyní součástí skupiny Hexagon a pomáhá efektivnímu vývoji vozidel a zajištění optimálního procesu svařování.

Související články
Hexagon: Nový plošný skener RS-SQUARED pro přenosná měřicí ramena

Divize Manufacturing Intelligence společnosti Hexagon uvedla na trh plošný skener RS-SQUARED, se kterým jsou vůbec poprvé přenosná měřicí ramena vybavena technologií skenování se strukturovaným světlem.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vozový park pod kontrolou díky moderním technologiím

Mít na starost firemní flotilu není snadné, ale když se nebudete vyhýbat moderním technologiím, ušetříte spoustu peněz, času i stresu.

Bezkonkurenční rychlost zdvihu retraků Toyota

Retraky BT Reflex disponují nyní výrazně vyšší rychlostí zdvihu a spouštění s nákladem i bez něho a dominuje v tomto důležitém výkonovém ukazateli celému trhu. S prázdnými vidlicemi BT Reflex zrychlil dokonce o více než 40 % a blíží se dosud nikdy nikým nedosažené metě 1 m za sekundu.

Silné čisté srdce nových čelních vozíků Tonero

Nová Toyota Tonero s nosnostmi 1,5 až 8 tun svou vysokou produktivitu a efektivnost opírá o čistý, úsporný a štíhlý provoz, nadstandardní výkon, ale zejména o vynikající odolné průmyslové motory splňujících s přehledem Stage V - nejpřísnější emisní normu v historii.

Nové li-ionové BT Levio LWI160 od Toyoty ohromí nejen bezkonkurenčními rozměry

Nový elektrický nízkozdvižný paletový vozík BT Levio LWI160 s nosností 1 600 kg je prvním v historii, který je kompletně postaven na platformě unikátní modulární li-ionové baterie Toyota. Jde o velmi kompaktní, lehký a provozně úsporný vozík, který znamená nový kvalitativní standard v tomto segmentu strojů pro horizontální přepravu.

Kam oko nedohlédne…

Inspekční kamery a boroskopy jsou určeny pro zkoumání obtížně přístupných míst. Široké uplatnění najdou v automobilovém a opravárenském průmyslu, stavebnictví nebo při kontrole potrubí a vedení. Tedy vždy, když potřebujeme nahlédnout do skrytých míst. Inspekční kamery využívají také složky záchranného integrovaného systému, speciální jednotky a silové složky.

Inovace bez implementace je halucinace

S transformačním manažerem Liborem Witasskem jsme se při rozhovoru setkali v jeho opavské výrobní firmě Strojcar, kterou mj. používá jako laboratoř svých inovačních počinů, jež následně v roli manažerského konzultanta a interim manažera navrhuje globálním firmám na cestě jejich transformace. Hovořili jsme o naší strukturálně nemocné ekonomice s převahou výroby s nízkou přidanou hodnotou, o příležitostech, které nám přináší Green Deal, o stavu německé ekonomiky, a samozřejmě o budoucnosti českého průmyslu.

Snění o možné budoucnosti Tatry

Podnikatelská vize může znamenat i popuštění uzdy fantazie, ale měla by být vždy spojená s pocitem smysluplnosti a užitečnosti. Představy a fantazii však může mít každý, nemusí k tomu být zrovna majitelem podniku. Často si představuji, jak bych řešil nějaké technické problémy, někdy fantazíruji i o tom, jak bych uspořádal určitou organizaci, aby dobře a efektivně plnila svůj účel. Protože jsem strávil hodně času krizovou záchranou Tatry a protože se snažím skloubit manažerské znalosti a zkušenosti s technickými dovednostmi, tak jsem si během covidové karantény v roce 2020 vysnil, jak by továrna Tatra mohla vypadat třeba v roce 2030. Jsou to mé představy, byť vycházejí i z řady diskuzí s různými kolegy nebo dalšími lidmi.

Stavme na pozitivním a fungujícím

Česko patřilo ke konci roku 2023 k zemím, jejichž ekonomika stále nedosáhla předcovidové úrovně. Hospodářský růst bude podle většiny ekonomů i v tomto roce velmi pomalý. Situaci komplikují nepříliš optimistické faktory, jako je nestabilita veřejných financí, výroba postavená na subdodávkách, nedostatečná infrastruktura a další. Když k tomu připočteme vnější geopolitické okolnosti, není situace příliš příznivá. A o tom, jak toto vše ovlivňuje automobilový průmysl a jak se zbavit stigmatu subdodavatelské země, jsme hovořili s Petrem Knapem, odborníkem společnosti EY pro automobilový průmysl.

Je nutné stanovit diagnózu a následně zvolit léčbu

Bohdan Wojnar vždy razil zásadu, že je třeba si všechno řádně odpracovat a každý den zkusit udělat něco navíc. Nikdy se nebránil novým věcem, trpělivě se je učil a s potřebnou dávkou štěstí se pak dostával k zajímavým pracovním příležitostem. Během čtyřiceti profesních let ušel cestu od chemického inženýra, přes dlouhou kariérou ve Volkswagenu Slovakia ve financích a controllingu až po člena představenstva za oblast HR ve Škoda Auto. Toto je dle jeho slov výhodou velkého koncernu, kdy nemusíte zůstat na jednom místě, u jednoho oboru a v jedné zemi. Tyto zkušenosti mu poskytly velký profesní přehled, ze kterého vycházejí témata aktuálního otevíracího rozhovoru MM Průmyslového spektra.

Krize jako cesta k žádoucí změně

Hlavním životním mottem Ing. Vlastislava Břízy, majitele a generálního ředitele společnosti Koh-i-noor, je tvrzení, že kdo je připraven, není zaskočen. Společný rozhovor probíhal v intencích této jeho celoživotní strategie.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit