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Simulation Crashsimulationen schneller durchführen

| Autor / Redakteur: Hartmut Hammer / Thomas Günnel

Aktuell dauern Crashsimulationen mit hoher zeitlicher Auflösung teilweise mehrere Tage. Um die Rechenzeit bei noch kleineren Zeitschritten im Rahmen zu halten, hat Tecosim die Modellbildung und die Berechnungsverfahren modifiziert.

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Bei einem in so genannte Rigid Bodys (Starrkörper) unterteilten Fahrzeugmodell lässt sich die Rechenzeit der Crashsimulation um etwa zehn Prozent verkürzen.
Bei einem in so genannte Rigid Bodys (Starrkörper) unterteilten Fahrzeugmodell lässt sich die Rechenzeit der Crashsimulation um etwa zehn Prozent verkürzen.
(Foto: Tecosim)

Die numerische Simulation unterschiedlicher Crashszenarien mit Finite-Element (FE)-Programmen ist ein wichtiger Bestandteil der Fahrzeugentwicklung. Und das dauert: Aktuelle Modelle rechnen bei einem Zeitschritt von einer Mikrosekunde je nach Code und Hardware zwischen 24 und 48 Stunden. Obwohl diese Fahrzeugmodelle für die Crashsimulation bereits etwa drei Millionen Elemente umfassen, wird allgemein eine noch höhere Detaillierung gefordert. Denn viele bisher nur grob abgebildete Bauteile beeinflussen das Crashverhalten erheblich. „Die größere Detaillierung erfordert mehr Rechenleistung“, erklärt Tecosim-Vorstand Udo Jankowski. „Um beispielsweise Gussbauteile sauber abzubilden, müsste der Zeitschritt auf ein Zehntel bis ein Fünftel reduziert werden. Eine bis zu zehnmal so lange Rechenzeit wäre die Folge.“

Forschungsprojekt gestartet

Tecosim, ein Simulationsunternehmen mit Hauptsitz in Rüsselsheim, hat ein Forschungsprojekt angestoßen, das die Zeit für Crashberechnungen senken oder konstant halten soll – und das bei steigender Modellgenauigkeit. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unterstützt das Projekt im Rahmen des Innovationsprogrammes Mittelstand (ZIM). Am Standort München haben die Ingenieure anhand mehrerer Methoden und Modelle die Einsparpotenziale herausgearbeitet. In einem ersten Schritt untersuchten sie einfache Ersatzmodelle. Dabei nahmen sie Teilbereiche des Modells zunächst als starr (Rigid Body) an. Diese Ersatzmodelle benötigen erheblich weniger Rechenleistung, da keine interne Deformation berechnet werden muss. Nachdem die Teilbereiche das Crashhindernis erreicht hatten, wurden sie durch Entfernung des Rigid Bodys wieder verformbar geschaltet. In der zweiten Projekthälfte entwickelten die Ingenieure Kriterien, um während einer Crashberechnung automatisch von starren auf vollwertige Bauteilmodelle umzuschalten, sobald diese belastet werden und für den Crash eine Rolle spielen. Die erste Idee sah vor, die Rechnung mit einer sogenannten Abaqus-Restart-Analyse jeweils neu zu beginnen. Bei diesem automatischen Abbruch und Neustart lassen sich die Eigenschaften eines Elements jedoch nicht verändern. Deshalb entwickelte Tecosim eine externe Routine, um den Wechsel über eine Filterfunktion und ein dahinterliegendes Skript zu steuern. Dabei werden die Rigid Bodys aufgelöst, nachdem im angrenzenden deformierbaren Bereich die Spannungen einen bestimmten Wert überschreiten.