Leichtbau-Gipfel 2017 „Konstruktion und Simulation sehr eng verzahnen“

Altair und Daimler haben den Design- und den Simulationsprozess enger verzahnt. Auf dem Leichtbau-Gipfel 2017 zeigten beide Unternehmen, dass sich in der Rohbauentwicklung so ein deutlich höherer Reifegrad erzielen lässt.

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Die Entwicklungszyklen neuer Fahrzeugmodelle werden bekanntlich immer kürzer. Hinzu kommt die Unsicherheit bei den OEMs, welche neuen Antriebs- und Fahrzeugkonzepte sich künftig durchsetzen werden. Beide Faktoren sorgen bereits in der Vorentwicklung von Fahrzeugen für erschwerte Rahmenbedingungen. Auf dem Leichtbau-Gipfel 2017 zeigten Dr.-Ing. Lars Fredriksson, Director Business Development Europe bei Altair Engineering, und Dipl.-Ing. Thomas Spoida, bei Daimler in der Rohbauentwicklung mit Leichtbauthemen beschäftigt, wie die Rohbauentwicklung bereits in einer frühen Phase deutlich flexibler und schneller ablaufen kann.

Alle Antriebskonzepte berücksichtigen

Die Herausforderung in der Rohbauentwicklung ist, sämtliche Antriebsarten – Verbrenner, rein elektrisch und Hybride – zu berücksichtigen. Zudem müssen in immer kürzeren Zyklen Potenzialaussagen hinsichtlich einzelner Funktionen getroffen werden. Zum Beispiel, wie lange muss der Vorbau eines Elektrofahrzeugs sein? Oder, wie schmal darf ein Schweller minimal werden, um der Batterie möglichst viel Raum zu geben? Bisher gibt es eine relativ lange Konzeptfindungsphase für den Rohbau. Dabei spielen Erfahrungswerte eine große Rolle: Oft werden Strukturen übernommen, die etabliert sind und funktionieren. Danach wird ein sehr detailliertes CAD-Modell für die Simulation erstellt. In dieser Projektphase kann das grundsätzliche Konzept jedoch aus Zeit- und Kapazitätsgründen nicht mehr verändert werden. Um das Design zu optimieren werden daher beispielsweise Wandstärken erhöht: Das Gewicht der Karosserie steigt.

Um diesem Teufelskreis zu entkommen, haben Altair und Daimler in einem Pilotprojekt begonnen, den Design- und Simulationsprozess enger zu verzahnen. „Wir wollen die CAD-Geometrien vergröbern – hierfür haben wir ein Tool, das wir NX-Konzept nennen“, erklärt Thomas Spoida und ergänzt: „Zusätzlich haben wir von Altair einen Prozess an die Hand bekommen, der es uns ermöglicht, durch vereinfachte FE-Modelle sehr viele Varianten in der Vorentwicklungs- und Konzeptphase zu bewerten.“ In einem Projekt ließen sich so in einem frühen Entwicklungsstadium über 100 Varianten miteinander vergleichen. Nach diesem Prozess steht das favorisierte Konzept fest. „Aber mit diesem Konzept gehen wir noch nicht in ein detailliertes CAD-Modell“, führt Spoida aus. Zunächst werden mit einem gröberen CAD-Modell vereinfachte Simulationen, wie eine Crashsimulation durchgeführt. Erst danach startet der „normale“ Designloop – „Im Idealfall ist das nur einer“, sagt Spoida.

Höherer Reifegrad

NX-Konzept ist eine in NX-CAD integrierte Toolbar, mit dem die Daimler-Ingenieure profilbasiert schnell Geometrien erzeugen können. Per Drag-and-drop wird eine Skelettstruktur erzeugt und mit Querschnitten versehen. „Ich kann die Skelettstruktur manipulieren und bekomme sofort ein neues CAD-Modell“, beschreibt Spoida den großen Vorteil dieser Methode. So lassen sich künftig CAD und CAE koppeln. Dr. Lars Fredriksson erklärt den Anspruch an die neue Vorgehensweise: „Mit einer systematischen Anwendung von Optimierungen wollen wir die Konzept-Entwicklung zu jeder Zeit aktiv unterstützen.“ Der Prozess ist dreiteilig: Zuerst werden Lastpfade ermittelt und im zweiten Schritt vordefiniert. Anschließend erfolgt die Verifikation. Angewendet auf eine Vielzahl von Varianten erhöht sich so der Reifegrad des finalen Konzepts deutlich, weil sich sämtliche Erkenntnisse und Optimierungspotenziale aus den einzelnen Varianten zusammenführen und nutzen lassen.

Die Komplexität heutiger Entwicklungsprozesse könne manchmal zu Einschränkungen führen, spielt Fredriksson auf das Entwicklungsrisiko an, das selbstverständlich beherrschbar bleiben muss. Zudem verhindere die Größe der CAD-Modelle eine hohe Anzahl an Simulationen, was sich wiederum negativ auf den Reifegrad der Konstruktion auswirke. In der Rohbauentwicklung wirkt sich ein integrierter Prozess mit vereinfachten Modellen daher positiv auf die Entwicklungszeit und die Güte der Konzepte aus. „Die simulationsgetriebene Entwicklung ist eine Vorgehensweise, um diese Herausforderungen zu beheben“, beschließt Dr. Fredriksson seinen Vortrag und ergänzt: „Dabei ist es wichtig, dass sich Konstruktion und Simulation sehr eng verzahnen.“

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